利用petg塑料和植物纖維制備3d打印材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法，該方法的操作是：(1)將植物纖維采用堿和AKD進(jìn)行預(yù)處理，再粉碎至小于60目的粉末；(2)將PETG塑料粉碎至小于80目的粉末；(3)將植物纖維粉末、PETG塑料粉末以及相容劑放在高速混合機(jī)混合，得到混合物粉末備用；(4)將混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度90?120℃，螺桿轉(zhuǎn)速90?120r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。本發(fā)明方法利用經(jīng)過處理后的植物纖維強(qiáng)化PETG塑料，使所得到的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性得到大幅提高。
【專利說明】
利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及3D打印材料的制備方法，特別是一種利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印又被稱作“快速成型技術(shù)”，它通過一層一層鋪疊打印材料方式來實(shí)現(xiàn)三維物體的制造。3D打印技術(shù)源自于100多年前的照相雕塑和地貌成型技術(shù)，上世紀(jì)80年代形成雛形，隨著近30年的發(fā)展，3D打印技術(shù)突飛猛進(jìn)。目前主流3D打印技術(shù)主要有熔融沉積快速成型，光固化成型、粉末粘結(jié)成型等幾種。隨著3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，它在航空航天、生物醫(yī)藥、建筑等領(lǐng)域的應(yīng)用逐步拓寬，其方便快捷、能夠提高材料利用率等優(yōu)勢不斷顯現(xiàn)，與傳統(tǒng)制造的結(jié)合也更加緊密，不斷推動傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。
[0003]現(xiàn)階段制約3D打印技術(shù)發(fā)展的因素主要有兩個(gè):打印材料和設(shè)備。3D打印技術(shù)本身并不復(fù)雜，但可用的耗材是個(gè)難點(diǎn)。普通打印機(jī)的耗材是墨水和紙張，但3D打印機(jī)的耗材主要是膠水和高分子材料，而且必須經(jīng)過特殊處理，對材料的固化反應(yīng)速度等也要求很高，不同的3D打印技術(shù)也對成型材料有不同的要求。現(xiàn)代的3D打印技術(shù)多使用ABS樹脂、人造橡膠、塑料、沙子、鑄蠟和聚酯熱塑性塑料等，這些材料多為粉末或者粘稠的液體，從價(jià)格上看，便宜的幾百塊I kg，最貴的I kg甚至達(dá)到4萬元左右，所以當(dāng)前3D打印材料的成本是制約3D打印技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的一大因素。
[0004]PETG(聚對苯二甲酸乙二醇酯-1，4_環(huán)己二甲醇酯)是一種結(jié)晶度很低甚至是完全不結(jié)晶的共聚酯，具有優(yōu)異的韌性、透明度、易加工和耐化學(xué)性能，但最為重要的是PETG是一種環(huán)保型材料，因?yàn)镻ETG燃燒后只會產(chǎn)生⑶2和水，不對環(huán)境造成污染。此外其粘度比丙烯酸(亞克力)好，制品高度透明，抗沖擊性能優(yōu)異，特別適宜成型厚壁透明制品，其加工成型性能極佳，能夠按照設(shè)計(jì)者的意圖進(jìn)行任意形狀的設(shè)計(jì)，可以采用傳統(tǒng)的擠出、注塑、吹塑及吸塑等成型方法。植物纖維近年來越來越多的作為增強(qiáng)纖維添加到塑料材料中制備木塑復(fù)合材料，但目前尚末見有采用PETG塑料和植物纖維相結(jié)合制備3D打印材料的相關(guān)報(bào)
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法，通過向PETG塑料中添加植物纖維制備用于3D打印的復(fù)合材料，增強(qiáng)材料性能并且降低3D打印材料的成本。
[0006]本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
[0007]本發(fā)明利用植物纖維制備3D打印材料的方法，包括如下操作步驟:
[0008]本發(fā)明利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法，包括如下操作步驟:
[0009](I)將植物纖維采用堿和AKD進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的植物纖維粉碎至小于60目的粉末備用；
[0010](2)將PETG塑料粉碎至小于80目的粉末備用；
[0011](3)高速混合
[0012]將植物纖維粉末、PETG塑料粉末以及相容劑放在高速混合機(jī)混合，植物纖維粉末、PETG塑料粉末和相容劑按重量份配比是:PETG塑料粉末100份、植物纖維粉末30-50份、相容劑10-15份，混合10分鐘，轉(zhuǎn)速400-800r/min，得到混合物粉末備用；
[0013](4)擠壓造粒
[0014]將步驟(3)得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度90-1200C，螺桿轉(zhuǎn)速90-120r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。
[0015]在步驟(I)中，植物纖維采用堿進(jìn)行預(yù)處理的操作是:
[0016]將植物纖維撕碎，用蒸餾水清洗干凈后自然風(fēng)干24h，隨后將其按照固液比1:20浸入質(zhì)量濃度為4%的NaOH溶液中浸泡，溫度60°C，反應(yīng)時(shí)間Ih，隨后使用去離子水充分清洗，過濾后在105°C下烘干24h。
[0017]在步驟(I)中，植物纖維采用AKD進(jìn)行預(yù)處理的操作是:
[0018]將AKD溶于正己烷中，制備質(zhì)量濃度為5%?8%的正己烷溶液，隨后按照每Ikg植物纖維原料配用4L上述正己烷溶液的比例，在60 °C下浸泡經(jīng)堿處理后的植物纖維1.5h，隨后濾出，自然風(fēng)干24h，再將植物纖維置于105°C的烘箱中烘干3h，最后取出冷卻至室溫，再粉碎成粉末。
[0019]本發(fā)明所述植物纖維為廢舊箱板紙纖維、秸桿纖維、木薯渣以及木薯酒糟渣。
[0020]本發(fā)明所述相容劑為馬來酸酐相容劑;所述PETG塑料的化學(xué)名稱為聚對苯二甲酸乙二醇酯-1，4_環(huán)己二甲醇酯;所述AKD的化學(xué)名稱為烷基烯酮二聚體。
[0021]本發(fā)明方法使用PETG塑料和植物纖維為原料，環(huán)保無污染，所用植物纖維基本為廢棄材料，成本低廉。利用AKD作為偶聯(lián)劑，增加了植物纖維和PETG塑料間的相容性，最終得到的復(fù)合材料相比原PETG塑料，拉伸強(qiáng)度的增強(qiáng)可達(dá)15—30%，沖擊強(qiáng)度增強(qiáng)可達(dá)40—50%。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明方法作進(jìn)一步的說明。
[0024]1、植物纖維堿處理
[0025]將植物纖維原料撕碎，用蒸餾水清洗干凈后自然風(fēng)干24h，隨后將其按照固液比1:20浸入質(zhì)量濃度為4 %的NaOH溶液(10g溶液中含有4g NaOH)中浸泡，溫度60 °C，反應(yīng)時(shí)間lh，隨后使用去離子水充分清洗，濾出大部分水分后，在105°C下烘干24h備用；
[0026]2、植物纖維AKD(烷基烯酮二聚體)處理
[0027]將AKD溶于正己烷中，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為5%的正己烷溶液，隨后按照每Ikg植物纖維原料使用4L上述正己烷溶液的比例，在60°C下浸泡經(jīng)堿處理后的植物纖維1.5h，隨后濾出，自然風(fēng)干24h。將處理過的植物纖維置于105°C的烘箱中烘干3h，最后取出冷卻至室溫備用;
[0028]3、植物纖維粉碎
[0029]將經(jīng)過步驟1、2處理過的植物纖維使用粉碎機(jī)粉碎，取小于60目的粉末備用；
[0030]4、PETG塑料粉碎
[0031 ]使用粉碎機(jī)將PETG塑料進(jìn)行粉碎，取小于80目的粉末備用；
[0032]5、混合物高速混合
[0033]將經(jīng)處理后的原料按照:PETG塑料粉末100份:植物纖維粉末30-50份:馬來酸酐相容劑10-15份的配比使用高速混合機(jī)混合10分鐘，轉(zhuǎn)速400-800r/min，得到混合物備用；
[0034]6、擠壓造粒
[0035]將步驟5得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度90_120°C，螺桿轉(zhuǎn)速90-120r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。
[0036]本發(fā)明所述植物纖維為廢舊箱板紙纖維、秸桿纖維、木薯渣以及木薯酒糟渣。
[0037]以下是本發(fā)明方法的實(shí)施例:
[0038]實(shí)施例1:
[0039]制備方法:
[0040](I)植物纖維堿處理
[0041 ]將植物纖維撕碎，用蒸餾水清洗干凈后自然風(fēng)干24h，隨后將其按照固液比1:20浸入質(zhì)量濃度為4 %的NaOH溶液(10g溶液中含有4g NaOH)中浸泡，溫度60 °C，反應(yīng)時(shí)間Ih，隨后使用去離子水充分清洗，濾出大部分水分后，在105°C下烘干24h備用；
[0042](2)植物纖維AKD(烷基烯酮二聚體)處理
[0043]將AKD溶于正己烷中，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為5%的正己烷溶液，隨后按照每Ikg植物纖維原料使用4L上述正己烷溶液的比例，在60°C下浸泡植物纖維1.5h，隨后濾出，自然風(fēng)干24h。將處理過的植物纖維置于105°C的烘箱中烘干3h，最后取出冷卻至室溫備用；
[0044](3)植物纖維粉碎
[0045]將經(jīng)過步驟1、2處理過的植物纖維使用粉碎機(jī)粉碎，取小于60目的粉末備用；
[0046](4)PETG 塑料粉碎
[0047]使用粉碎機(jī)將PETG塑料進(jìn)行粉碎，取小于80目的粉末備用；
[0048](5)混合物高速混合
[0049]將原材料按照:PETG塑料粉末100份:預(yù)處理過的植物纖維粉末30份:相容劑10份的配比使用高速混合機(jī)混合10分鐘，轉(zhuǎn)速400r/min，得到混合物備用；
[0050](6)擠壓造粒
[0051]將步驟5得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度90°C，螺桿轉(zhuǎn)速90r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。
[0052]實(shí)施例2:
[0053]制備方法:
[0054](I)植物纖維堿處理
[0055]將植物纖維撕碎，用蒸餾水清洗干凈后自然風(fēng)干24h，隨后將其按照固液比1:20浸入質(zhì)量濃度為4 %的NaOH溶液(10g溶液中含有4g NaOH)中浸泡，溫度60 °C，反應(yīng)時(shí)間Ih，隨后使用去離子水充分清洗，濾出大部分水分后，在105°C下烘干24h備用；
[0056](2)植物纖維AKD(烷基烯酮二聚體)處理
[0057]將AKD溶于正己烷中，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為6%的溶液，隨后按照每Ikg植物纖維原料使用4L上述正己烷溶液的比例，在60°C下浸泡植物纖維1.5h，隨后濾出，自然風(fēng)干24h。將處理過的植物纖維置于105°C的烘箱中烘干3h，最后取出冷卻至室溫備用；
[0058](3)植物纖維粉碎
[0059]將經(jīng)過步驟1、2處理過的植物纖維使用粉碎機(jī)粉碎，取小于60目的粉末備用；
[0060](4)PETG 塑料粉碎
[0061 ]使用粉碎機(jī)將PETG塑料進(jìn)行粉碎，取取小于80目的粉末備用；
[0062](5)混合物高速混合
[0063]將原材料按照:PETG塑料粉末100份:預(yù)處理過的植物纖維粉末40份:相容劑12份的配比使用高速混合機(jī)混合10分鐘，轉(zhuǎn)速500r/min，得到混合物備用；
[0064](6)擠壓造粒
[0065]將步驟5得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度100°C，螺桿轉(zhuǎn)速100r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。
[0066]實(shí)施例3:
[0067]制備方法:
[0068](I)植物纖維堿處理
[0069]將植物纖維撕碎，用蒸餾水清洗干凈后自然風(fēng)干24h，隨后將其按照固液比1:20浸入質(zhì)量濃度為4 %的NaOH溶液(10g溶液中含有4g NaOH)中浸泡，溫度60 °C，反應(yīng)時(shí)間Ih，隨后使用去離子水充分清洗，濾出大部分水分后，在105°C下烘干24h備用；
[0070](2)植物纖維AKD(烷基烯酮二聚體)處理
[0071 ] 將AKD溶于正己烷中，制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃度為8%的正己烷溶液，隨后按照每Ikg植物纖維原料使用4L上述正己烷溶液的比例，在60°C下浸泡植物纖維1.5h，隨后濾出，自然風(fēng)干24h。將處理過的植物纖維置于105°C的烘箱中烘干3h，最后取出冷卻至室溫備用；
[0072](3)植物纖維粉碎
[0073]將經(jīng)過步驟1、2處理過的植物纖維使用粉碎機(jī)粉碎，取小于60目的粉末備用；
[0074](4)PETG 塑料粉碎
[0075]使用粉碎機(jī)將PETG塑料進(jìn)行粉碎，取小于80目的粉末備用；
[0076](5)混合物高速混合
[0077]將原材料按照:PETG塑料粉末100份:預(yù)處理過的植物纖維粉末50份:相容劑15份的配比使用高速混合機(jī)混合10分鐘，轉(zhuǎn)速700r/min，得到混合物備用；
[0078](6)擠壓造粒
[0079]將步驟5得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度120°C，螺桿轉(zhuǎn)速120r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法，其特征在于，該方法包括如下操作步驟: (1)將植物纖維采用堿和AKD進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的植物纖維粉碎至小于60目的粉末備用； (2)將PETG塑料粉碎至小于80目的粉末備用； (3)高速混合 將植物纖維粉末、PETG塑料粉末以及相容劑放在高速混合機(jī)混合，植物纖維粉末、PETG塑料粉末和相容劑按重量份配比是= PETG塑料粉末100份、植物纖維粉末30-50份、相容劑10-15份，混合10分鐘，轉(zhuǎn)速400-800r/min，得到混合物粉末備用； (4)擠壓造粒 將步驟(3)得到的混合物粉末使用雙螺桿擠壓成型機(jī)擠壓造粒，機(jī)頭溫度90-120°C，螺桿轉(zhuǎn)速90-120r/min，經(jīng)擠壓造粒得到符合3D打印的材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法，其特征在于，在步驟(I)中，植物纖維采用堿進(jìn)行預(yù)處理的操作是: 將植物纖維撕碎，用蒸餾水清洗干凈后自然風(fēng)干24h，隨后將其按照固液比1: 20浸入質(zhì)量濃度為4 %的NaOH溶液中浸泡，溫度60 V，反應(yīng)時(shí)間Ih，隨后使用去離子水充分清洗，過濾后在105°C下烘干24h。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法，其特征在于，在步驟(I)中，植物纖維采用AKD進(jìn)行預(yù)處理的操作是: 將AKD溶于正己烷中，制備質(zhì)量濃度為5 %?8 %的正己烷溶液，隨后按照每I kg植物纖維原料配用4L上述正己烷溶液的比例，在60 0C下浸泡經(jīng)堿處理后的植物纖維1.5h，隨后濾出，自然風(fēng)干24h，再將植物纖維置于105°C的烘箱中烘干3h，最后取出冷卻至室溫，再粉碎成粉末。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法，其特征在于，所述植物纖維為廢舊箱板紙纖維、秸桿纖維、木薯渣以及木薯酒糟渣。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述利用PETG塑料和植物纖維制備3D打印材料的方法，其特征在于，所述相容劑為馬來酸酐相容劑。
【文檔編號】B29C47/92GK106046700SQ201610255705
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】黃麗婕, 周雷, 古碧, 黃崇杏, 王雙飛, 王曉彤, 覃楊華, 陳杰
【申請人】廣西大學(xué)