一种用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制备方法技术

一种用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制备方法,本发明专利技术属于木塑复合材料及其制备方法的技术领域，特别是涉及一种用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制备方法领域。目的是为了解决现有3D打印木塑材料尺寸稳定性差、力学强度低的问题，而提供一种用于3D打印的高性能木塑线材及其制备方法。本发明专利技术的用于3D打印成型的木塑线材包括改性植物材料、工程塑料或塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为改性后的植物材料。其制备方法为：将植物材料进行改性处理并与其他原料混合(或者将改性剂、植物材料与挤出原料直接混合)熔融共混；再将共混料加入到挤出机中挤出拉丝得到用于3D打印的木塑线材。

High performance wood plastic material used for 3D printing molding and preparation method thereof

For a high performance wood plastic material and the preparation method of 3D printing, the invention belongs to the technical field of wood plastic composite material and a preparation method thereof, particularly relates to a method for the field of high performance wood plastic material and its preparation method of 3D printing molding. The purpose of the invention is to solve the problems of poor dimensional stability and low mechanical strength of the existing 3D printed wood plastic materials, and provide a high-performance wood plastic wire rod for 3D printing and a method for making the same. The present invention for wood plastic wire 3D printing molding plant materials, including modified engineering plastics or plastic alloy, coupling agent or compatibilizer, lubricants, stabilizers and mineral filler; the modified plant material modified plant material. The preparation method is as follows: the plant materials were modified and mixed with other raw materials (or modifier, plant materials and extrusion materials directly mix) melt blending; then blend into an extruder for plastic extrusion drawing wire of 3D printing.

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制备方法
本专利技术属于木塑复合材料及其制备方法的
，特别是涉及一种用于3D打印成型的木塑材料及其制备方法领域。
技术介绍
3D打印又称为快速成型技术，也称为增材制造技术，是一种不需要传统刀具、夹具和机床，而是以数字模型文件为基础，使用金属粉末或塑料等具有黏合性的材料逐层打印来制造任意形状物品的技术。3D打印技术是机械工程、计算机技术、数控技术、材料科学等多学科技术的集成。3D打印最难最核心的技术是打印材料的开发。因此开发更为多样多功能的3D打印材料成为未来研究与应用的热点与关键。目前关于木塑复合材料用于3D打印材料的研究多集中在聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯基木塑复合材料和聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等通用塑料基木塑复合材料。这主要是因为植物纤维主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子化合物组成，当温度超过200℃时，植物纤维开始发生热降解，特别是植物纤维中的木质素和半纤维素发生降解情况比较严重，导致植物纤维发生变色和自身强度降低，从而导致木塑复合材料强度降低。工程塑料是具有较高力学性能及耐热、耐腐蚀，可以作为结构性材料，具有优异的综合性能(如机械性能、电性能、耐热性能、耐化学性能等)，可在较宽阔的温度范围内和较长的时间内能良好地保持这种性能，并能在承受机械应力和较为苛刻的化学、物理环境中长期使用。但是，工程塑料的熔点较高，一般均超过220℃。植物纤维的降解温度低于工程塑料的熔融温度，两者加工温度不匹配导致工程塑料基木塑复合材料难以制备。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有3D打印木塑复合材料尺寸稳定性差、力学强度低的问题，而提供一种用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制备方法。本专利技术的用于3D打印成型的高性能木塑材料包括改性植物材料、工程塑料或塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。按重量份数改性植物材料为10～100份，工程塑料或工程塑料合金为20～100份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～10份的矿物质填料。所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、马来酸酐、马来酸酐接枝聚烯烃、异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物；所述的热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)中的一种或几种的混合物；所述的矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉、热粉煤灰中的一种或几种的混合物。所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中一种或几种的混合物。所述工程塑料合金为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或多种塑料混合物与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种或多种塑料混合后得到的混合物。所述改性剂包括硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。所述改性剂的重量占改性剂与植物材料总重量的0.1％～50％。所述改性剂改性植物材料的温度为50℃～250℃。本专利技术的用于3D打印成型的工程塑料基木塑复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、首先配置改性剂溶液，然后将植物材料制成纤维状或粉状，并和改性剂溶液均匀混合，得混合物，再将混合物烘干，得改性的植物材料；二、将步骤一制备的植物材料与工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；三、将步骤二得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为160℃～300℃；再将共混料加入到挤出机中挤出拉丝得到用于3D打印的高性能木塑线材；或者该制备方法按以下步骤进行：一、采用高混机将改性剂固体、植物材料与工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料混合均匀，得到混合物；二、将得到的混合物通过双螺杆熔融共混，得共混料，加工温度为160℃～300℃；再将共混料加入到挤出机中挤出拉丝得到用于3D打印的工程塑料基木塑线材。所述将共混料挤出的温度为180℃～300℃。本专利技术相对于现有技术的优点在于：相对于现有的3D打印木塑复合材料，高性能木塑线材可以在220～300℃的高温条件下进行打印成型，提高了熔体的流动性，从而使打印制品具有更高的力学强度和模量，尺寸稳定性更好。通过改性处理植物材料赋予了复合材料防腐阻燃功能，且通过与塑料的复合提高了改性剂的抗流失性。此外，高性能木塑复合材料还具有更宽阔的使用温度范围，从而扩大了3D打印木塑复合材料的使用范围。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。在不偏离本专利技术的内容和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。具体实施方式一：本实施方式的用于3D打印成型的高性能木塑材料包括改性植物材料、工程塑料、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，按重量份数改性植物材料为10～100份，工程塑料或工程塑料合金为20～100份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～10份的矿物质填料。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中一种或几种的混合物；具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述工程塑料合金为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或多种塑料混合物与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种或多种塑料混合后得到的混合物。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述改性剂包括硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、马来酸酐、马来酸酐接枝聚烯烃、异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物；所述的热稳定剂是二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二烷基锡、双(马来酸单丁酯)二丁基锡、马来酸二辛基锡、二辛基锡双(巯基乙酸异丁酯)、二辛基锡双(巯基乙酸异辛酯)中的一种或几种的混合物；所述的矿物质填料为碳酸钙粉、硅酸钙粉、滑石粉、热粉煤灰中的一种或几种的混合物。其他步骤与参数与具体实施方式一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述改性剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于3D打印成型的高性能木塑材料，其特征在于：该木塑材料包括改性植物材料、工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印成型的高性能木塑材料，其特征在于：该木塑材料包括改性植物材料、工程塑料或工程塑料合金、偶联剂或界面相容剂、润滑剂、热稳定剂和矿物质填料；所述改性植物材料为经改性剂改性的植物材料。2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印成型的高性能木塑材料，其特征在于：按重量份数改性植物材料为10～100份，工程塑料或工程塑料合金为20～100份，偶联剂或界面相容剂为0～20份，润滑剂为0～15份，热稳定剂为0～15份和0～10份的矿物质填料。3.根据权利要求1或2所述的一种用于3D打印成型的高性能木塑材料，其特征在于：所述工程塑料为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中一种或几种的混合物。4.根据权利要求1或2所述的一种用于3D打印成型的高性能木塑材料，其特征在于：所述工程塑料合金为聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、热塑性聚酯中的一种或多种塑料混合物与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一种或多种塑料混合后得到的混合物。5.根据权利要求1所述的一种用于3D打印成型的高性能木塑材料，其特征在于：所述改性剂包括硼酸、可溶性硼酸盐、硅酸和可溶性硅酸盐中的一种或几种的混合物。6.根据权利要求1所述的一种用于3D打印成型的高性能木塑材料，其特征在于：所述植物材料为木材、稻壳、竹材、麻、秸秆、咖啡壳、果壳中的一种或几种的混合物。7.根据权利要求1所述的一种用于3D打印成型的高性能木塑材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷类偶联剂、钛酸酯类偶联剂、马来酸酐、马来酸酐接枝聚烯烃、异氰酸酯中的一种或几种的混合物；所述的润滑剂为聚乙烯蜡、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海刚，张京发，王清文，宋永明，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23