本發(fā)明屬于石墨烯復(fù)合材料制備技術(shù)，涉及一種聚醚酰亞胺基石墨烯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)又稱為增材制造，可以直接根據(jù)三維數(shù)據(jù)，通過3d打印機(jī)實(shí)現(xiàn)逐層加工、疊加成形的工藝，以此生成實(shí)體；其區(qū)別于傳統(tǒng)模具加工的制作方法，這種無模具自由成形的技術(shù)擺脫了空間幾何及設(shè)計(jì)工藝的束縛，可將任何創(chuàng)意設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)體產(chǎn)品，拓展了巨大的創(chuàng)造空間。而且與傳統(tǒng)樹脂加工方式相比，縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本；拓寬了材料選擇范圍和產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域；成型件可直接制造終端零部件；也就減少了材料的消耗，尤其小批量生產(chǎn)可大大降低產(chǎn)品成本。近年來，3d打印技術(shù)迅速發(fā)展起來，受到了國內(nèi)外的廣泛認(rèn)可和關(guān)注。

3d打印技術(shù)中，得到廣泛應(yīng)用的有激光粉末燒結(jié)(sls)，熔融沉積成型(fdm)以及光固化成型(sla)這幾種，其中，熔融沉積成型(fdm)技術(shù)是一種可將各種熱塑性聚合物絲材加熱熔化進(jìn)而堆積成型的打印技術(shù)方法，此法原理較簡(jiǎn)單、打印成本低、操作簡(jiǎn)單易行，在眾多3d打印技術(shù)中應(yīng)用最廣泛，同時(shí)在3d打印領(lǐng)域有著至關(guān)重要的地位。

目前，應(yīng)用于fdm打印技術(shù)的聚合物絲材主要以abs、pla、pc等常用熱塑性工程塑料居多，但是這些聚合物普遍存在使用溫度低，力學(xué)強(qiáng)度差，實(shí)際應(yīng)用范圍有限的問題，尤其是在航空航天等工程應(yīng)用方面，現(xiàn)有3d打印材料已經(jīng)難以滿足日益增長的市場(chǎng)需求。

聚醚酰亞胺(pei)是一種未定型高性能聚合物，同時(shí)也是一種常用的航空材料，其具有優(yōu)異的力學(xué)性能，呈現(xiàn)杰出的耐高溫、強(qiáng)度好、模量大、廣譜耐化學(xué)性、抗燃燒性和低致煙性，抗蠕變及尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良，可以應(yīng)用于消防員頭盔，飛機(jī)內(nèi)飾，艙外航空航天組件，汽車各部位組件等。其具備針對(duì)任何fdm熱塑性塑料的最高耐熱性、耐化學(xué)性和力學(xué)強(qiáng)度，是作為高性能3d打印復(fù)合材料聚合物基體的最佳選擇；但是其抗沖擊性能仍然不夠優(yōu)異，有待于進(jìn)一步改善。

石墨烯作為一種新型材料，具有特殊的二維結(jié)構(gòu)，優(yōu)越的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)性能、較高化學(xué)穩(wěn)定性，由于石墨烯的上述優(yōu)異機(jī)械以及功能型性能，通常將其作為增強(qiáng)填充物加入到聚合物基體中，進(jìn)而有效地提高聚合物基體的各項(xiàng)相關(guān)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種聚醚酰亞胺基石墨烯復(fù)合材料及其制備方法，以便提高3d打印復(fù)合材料的使用溫度上限以及使用環(huán)境范圍，改善力學(xué)強(qiáng)度，重點(diǎn)提高其抗沖擊強(qiáng)度，拓展聚醚酰亞胺以及石墨烯在3d打印方面的應(yīng)用，創(chuàng)造卓越的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種聚醚酰亞胺基石墨烯3d打印復(fù)合材料，其特征在于，它的各組分的質(zhì)量百分比為：石墨烯粉末：0.1％～15％；偶聯(lián)劑：0.1％～5％；潤滑劑：0.1％～5％；余量為聚醚酰亞胺樹脂；所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑其中之一；所述的潤滑劑為氧化聚乙烯蠟、聚丙烯、硬脂酸、硬脂酸丁酯其中之一；所述聚醚酰亞胺樹脂的重均分子量mw為4萬g/mol～5萬g/mol。

如上面所述的聚醚酰亞胺基石墨烯3d打印復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，制備的步驟如下：

1、制備聚醚酰亞胺基石墨烯復(fù)合材料母粒：

將稱好的石墨烯、偶聯(lián)劑和潤滑劑添加到干燥后的聚醚酰亞胺樹脂中，反復(fù)攪拌混合均勻后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)，在溫度為350℃～420℃的條件下進(jìn)行熔融共混并擠出造粒，得到復(fù)合材料母粒；

2、制備聚醚酰亞胺基石墨烯復(fù)合材料線材：

將復(fù)合材料母粒干燥除濕后，經(jīng)樹脂拉絲機(jī)制成聚醚酰亞胺基復(fù)合材料線材，所述拉絲機(jī)的加入溫度為320℃～400℃，線材的直徑為1mm～4mm。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：提供了一種聚醚酰亞胺基石墨烯復(fù)合材料及其制備方法，提高了3d打印復(fù)合材料的使用溫度上限以及使用環(huán)境范圍，改善了力學(xué)強(qiáng)度，重點(diǎn)提高了其抗沖擊強(qiáng)度，拓展了聚醚酰亞胺以及石墨烯在3d打印方面的應(yīng)用，創(chuàng)造卓越的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種聚醚酰亞胺基石墨烯3d打印復(fù)合材料，其特征在于，它的各組分的質(zhì)量百分比為：石墨烯粉末：0.1％～15％；偶聯(lián)劑：0.1％～5％；潤滑劑：0.1％～5％；余量為聚醚酰亞胺樹脂；所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑其中之一；所述的潤滑劑為氧化聚乙烯蠟、聚丙烯、硬脂酸、硬脂酸丁酯其中之一；所述聚醚酰亞胺樹脂的重均分子量mw為4萬g/mol～5萬g/mol。

如上面所述的聚醚酰亞胺基石墨烯3d打印復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，制備的步驟如下：

1、制備聚醚酰亞胺基石墨烯復(fù)合材料母粒：

將稱好的石墨烯、偶聯(lián)劑和潤滑劑添加到干燥后的聚醚酰亞胺樹脂中，反復(fù)攪拌混合均勻后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)，在溫度為350℃～420℃的條件下進(jìn)行熔融共混并擠出造粒，得到復(fù)合材料母粒；

2、制備聚醚酰亞胺基石墨烯復(fù)合材料線材：

將復(fù)合材料母粒干燥除濕后，經(jīng)樹脂拉絲機(jī)制成聚醚酰亞胺基復(fù)合材料線材，所述拉絲機(jī)的加入溫度為320℃～400℃，線材的直徑為1mm～4mm。

本發(fā)明的工作原理是：復(fù)合工藝簡(jiǎn)單易行、操作安全、易于實(shí)現(xiàn)批量穩(wěn)定生產(chǎn)，復(fù)合過程中添加劑少、環(huán)保無毒，所制備的聚醚酰亞胺基石墨烯復(fù)合材料線材均勻，可直接應(yīng)用于3d打印，研發(fā)周期短、成本低、材料消耗少，較傳統(tǒng)加工制造方式有突出的優(yōu)勢(shì)；所得到的聚醚酰亞胺基石墨烯復(fù)合材料，力學(xué)性能顯著提高，尤其是抗沖擊性能明顯改善，彌補(bǔ)了純聚醚酰亞胺抗沖擊性能差的不足，且可在高溫高強(qiáng)度高腐蝕等惡劣環(huán)境下持久使用，作為一種新型高性能復(fù)合材料，更加適于應(yīng)用在航空航天，機(jī)械制造等對(duì)材料有高要求的相關(guān)領(lǐng)域，為拓展聚醚酰亞胺以及石墨烯在3d打印方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

實(shí)施例1

稱取0.3g的石墨烯粉末、0.3g的偶聯(lián)劑、0.3g的潤滑劑以及299.1g的聚醚酰亞胺樹脂；

將上述原料反復(fù)攪拌混合均勻后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)，在溫度為380℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復(fù)合材料母粒；將復(fù)合材料母粒干燥除濕后經(jīng)拉絲機(jī)在加入溫度為350℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復(fù)合材料線材。

實(shí)施例2

稱取3g的石墨烯粉末、3g的偶聯(lián)劑、3g的潤滑劑以及291g的聚醚酰亞胺樹脂；

將上述原料反復(fù)攪拌混合均勻后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)，在溫度為400℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復(fù)合材料母粒；將復(fù)合材料母粒干燥除濕后經(jīng)拉絲機(jī)在加入溫度為370℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復(fù)合材料線材。

實(shí)施例3

稱取15g的石墨烯粉末、4.5g的偶聯(lián)劑、4.5g的潤滑劑以及276g的聚醚酰亞胺樹脂；

將上述原料反復(fù)攪拌混合均勻后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)，在溫度為420℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復(fù)合材料母粒；將復(fù)合材料母粒干燥除濕后經(jīng)拉絲機(jī)在加入溫度為400℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復(fù)合材料線材。

實(shí)施例4

稱取30g的石墨烯粉末、7.5g的偶聯(lián)劑、7.5g的潤滑劑以及255g的聚醚酰亞胺樹脂；

將上述原料反復(fù)攪拌混合均勻后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)，在溫度為350℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復(fù)合材料母粒；將復(fù)合材料母粒干燥除濕后經(jīng)拉絲機(jī)在加入溫度為320℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復(fù)合材料線材。

實(shí)施例5

稱取45g的石墨烯粉末、15g的偶聯(lián)劑、15g的潤滑劑以及225g的聚醚酰亞胺樹脂；

將上述原料反復(fù)攪拌混合均勻后經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)，在溫度為370℃的條件下充分熔融共混后擠出造粒，得到復(fù)合材料母粒；將復(fù)合材料母粒干燥除濕后經(jīng)拉絲機(jī)在加入溫度為340℃的條件下制成聚醚酰亞胺基復(fù)合材料線材。