一种高分子陶瓷复合3D打印材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高分子陶瓷复合3D打印材料及其制备方法，涉及3D打印技术领域，包括以下重量份数的组成成分：SiC‑TaC纳米复合粉体20‑40份、PET树脂40‑80份、聚碳酸酯树脂50‑100份、高密度聚乙烯树脂10‑20份、PE‑g‑MAH 10‑20份、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物10‑20份、0.1‑0.2mm改性碳纤维10‑20份、0.4‑0.6mm改性碳纤维5‑10份、RC‑HSt 5‑10份、费托蜡1‑5份、抗氧剂1‑5份，本发明专利技术高分子陶瓷复合3D打印材料各项力学性能优异，耐磨系数小，耐磨性能高，密度小，可以通过3D打印技术制成各种工程机械的外壳、建筑材料或是儿童玩具，市场应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种高分子陶瓷复合3D打印材料及其制备方法
本专利技术涉及3D打印
，具体涉及一种高分子陶瓷复合3D打印材料及其制备方法。
技术介绍
3D打印技术(又称3D快速成型技术或增材制造技术)是20世纪80年代后期开始逐渐兴起的一项新型制造技术。它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或者计算机断层扫描(CT)数据，通过材料的3D堆积，快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成型技术。其基本原理是“分层制造、逐层叠加”，将一个在计算机中通过辅助设计(CAD)或者断层扫描(CT)完成的3D立体零件模型，沿空间某一坐标轴分割成特定厚度的剖面，然后通过打印设备一层一层打印出来，再将剖面粘结、融合，得到所需要的3D物体。3D打印技术对于材料的要求较高，其基本性能要有利于快速、准确地加工原型零件，满足一定强度、刚度及热稳定性要求。在某种程度上，3D打印材料已经成为影响3D打印未来发展方向的关键因素，目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、金属、陶瓷材料。每种材料都有各自的缺陷和优势，如果能结合两种材料将其进行互补，所制成的3D打印材料，必然具有更加广泛的应用前景。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高分子陶瓷复合3D打印材料及其制备方法。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种高分子陶瓷复合3D打印材料，包括以下重量份数的组成成分：SiC-TaC纳米复合粉体20-40份、PET树脂40-80份、聚碳酸酯树脂50-100份、高密度聚乙烯树脂10-20份、PE-g-MAH10-20份、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物10-20份、0.1-0.2mm改性碳纤维10-20份、0.4-0.6mm改性碳纤维5-10份、RC-HSt5-10份、费托蜡1-5份、抗氧剂1-5份。优选地，包括以下重量份数的组成成分：SiC-TaC纳米复合粉体25-35份、PET树脂50-70份、聚碳酸酯树脂60-90份、高密度聚乙烯树脂12-18份、PE-g-MAH12-18份、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物12-18份、0.1-0.2mm改性碳纤维13-15份、0.4-0.6mm改性碳纤维6-8份、RC-HSt6-8份、费托蜡1.5-4.5份、抗氧剂1.5-4.5份。优选地，包括以下重量份数的组成成分：SiC-TaC纳米复合粉体30份、PET树脂55份、聚碳酸酯树脂80份、高密度聚乙烯树脂16份、PE-g-MAH15份、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物16份、0.1-0.2mm改性碳纤维14份、0.4-0.6mm改性碳纤维6.5份、RC-HSt7份、费托蜡3份、抗氧剂2份。优选地，所述SiC-TaC纳米复合粉体的制备方法如下：以五氯化钽、正硅酸乙酯和葡萄糖为原料制备了葡萄糖复合凝胶，葡萄糖复合凝胶于450℃煅烧得到C-SiO2-Ta2O5杂化前驱体，C-SiO2-Ta2O5杂化前驱体研磨后置于Ar氛围中，1200-1500℃原位合成，得到SiC-TaC纳米复合粉体。优选地，所述PET树脂流动方向的缩模率为0.1-0.3％，垂直方向的缩模率为0.5-0.8％。优选地，所述PE-g-MAH熔融指数(190℃，2.16Kg)＞10g/10min。优选地，所述0.1-0.2mm改性碳纤维、0.4-0.6mm改性碳纤维的制备方法如下：将两种规格的碳纤维置于900℃的马弗炉中，通入水蒸气活化处理1-2h后，取出用浓硫酸60℃浸泡30-40min，取出水洗、烘干、置于容器中，加水、乙醇、硅烷偶联剂，升温至40℃，搅拌2-5h。优选地，水、乙醇、硅烷偶联剂的质量比为2:10:1。优选地，所述抗氧剂为ZM-405、B900、XH245、1010中的任意一种或多种组合。上述高分子陶瓷复合3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：(1)称取上述重量份的物料；(2)将PET树脂、聚碳酸酯树脂、高密度聚乙烯树脂、PE-g-MAH、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物、RC-HSt、费托蜡加入到双螺杆挤出机中共混挤出，共混温度为260-270℃，螺杆转速为60-80r/min，挤出样条在空气中冷却制粒，并于140℃真空干燥5-10h，粉碎后得到预制物粉末；(3)将预制物粉末、SiC-TaC纳米复合粉体、0.1-0.2mm改性碳纤维、0.4-0.6mm改性碳纤维加入到容器中，加水搅拌，将容器置于超临界装置中，升温至380℃、30MPa，反应5min后恢复常温常压；(4)过滤，将固体料100℃烘干后与抗氧剂混合，加入到双螺杆挤出机中共混挤出，共混温度为280-300℃，螺杆转速为100-120r/min，挤出样条、拉丝成型，得到成品。(三)有益效果本专利技术提供了一种高分子陶瓷复合3D打印材料及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术中SiC-TaC纳米复合粉体相比普通的陶瓷粉体有更高的弹性模量、显微硬度和高温抗氧化性能，作为补强型成分加入，与多种树脂结合，在超临界水的体系中充分交叉连接，树脂分子与SiC-TaC纳米复合粉体充分结合，0.1-0.2mm改性碳纤维和0.4-0.6mm改性碳纤维可以作为材料骨骼和连接基点，改性后的碳纤维表面活性官能团数目增加，与SiC-TaC纳米复合粉体和有机树脂材料更好的相容；本专利技术高分子陶瓷复合3D打印材料各项力学性能优异，耐磨系数小，耐磨性能高，密度小，可以通过3D打印技术制成各种工程机械的外壳、建筑材料或是儿童玩具，市场应用前景广泛。而且目前陶瓷材料如氧化锆、氧化铝、磷酸三钙、碳化硅、碳硅化钛、陶瓷前驱体等均可实现3D打印，其方法一般是采用辊子将陶瓷粉末预先铺平，然后将粘接剂溶液按零件截面形状从喷头中喷出，使粉末粘结在一起形成零件形状，层层叠加直至成型出设计的三维模型，在3D打印时需要使用黏结剂，由于黏结剂黏合强度受限导致部件强度有限，难以获得机械性能优良的陶瓷器件，本专利技术高分子陶瓷复合3D打印材料可采用熔化沉积成型技术进行3D打印，利用液化器的高温使材料中的树脂成分熔融(不熔的粉体及纤维均匀的分散在熔融液中)，进而液化器将熔融的混合料通过针头挤出沉积在平台上，冷却后即可得到成品，其机械强度远高于现有单一陶瓷或高分子塑料3D打印产品。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种高分子陶瓷复合3D打印材料，包括以下重量份数的组成成分：SiC-TaC纳米复合粉体20-40份、PET树脂40-80份、聚碳酸酯树脂50-100份、高密度聚乙烯树脂10-20份、PE-g-MAH10-20份、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物10-20份、0.1-0.2mm改性碳纤维10-20份、0.4-0.6mm改性碳纤维5-10份、RC-HSt5-10份、费托蜡1-5份、抗氧剂1-5份。进一步，包括以下重量份数的组成成分：SiC-TaC纳米复合粉体25-35份、PET树脂50-70份、聚碳酸酯树脂60-90份、高密度聚乙烯树脂12-18份、PE-g-MAH12-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子陶瓷复合3D打印材料，其特征在于，包括以下重量份数的组成成分：SiC‑TaC纳米复合粉体20‑40份、PET树脂40‑80份、聚碳酸酯树脂50‑100份、高密度聚乙烯树脂10‑20份、PE‑g‑MAH 10‑20份、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物10‑20份、0.1‑0.2mm改性碳纤维10‑20份、0.4‑0.6mm改性碳纤维5‑10份、RC‑HSt 5‑10份、费托蜡1‑5份、抗氧剂1‑5份。

【技术特征摘要】
1.一种高分子陶瓷复合3D打印材料，其特征在于，包括以下重量份数的组成成分：SiC-TaC纳米复合粉体20-40份、PET树脂40-80份、聚碳酸酯树脂50-100份、高密度聚乙烯树脂10-20份、PE-g-MAH10-20份、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物10-20份、0.1-0.2mm改性碳纤维10-20份、0.4-0.6mm改性碳纤维5-10份、RC-HSt5-10份、费托蜡1-5份、抗氧剂1-5份。2.如权利要求1所述的高分子陶瓷复合3D打印材料，其特征在于，包括以下重量份数的组成成分：SiC-TaC纳米复合粉体25-35份、PET树脂50-70份、聚碳酸酯树脂60-90份、高密度聚乙烯树脂12-18份、PE-g-MAH12-18份、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物12-18份、0.1-0.2mm改性碳纤维13-15份、0.4-0.6mm改性碳纤维6-8份、RC-HSt6-8份、费托蜡1.5-4.5份、抗氧剂1.5-4.5份。3.如权利要求1所述的高分子陶瓷复合3D打印材料，其特征在于，包括以下重量份数的组成成分：SiC-TaC纳米复合粉体30份、PET树脂55份、聚碳酸酯树脂80份、高密度聚乙烯树脂16份、PE-g-MAH15份、苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物16份、0.1-0.2mm改性碳纤维14份、0.4-0.6mm改性碳纤维6.5份、RC-HSt7份、费托蜡3份、抗氧剂2份。4.如权利要求1所述的高分子陶瓷复合3D打印材料，其特征在于，所述SiC-TaC纳米复合粉体的制备方法如下：以五氯化钽、正硅酸乙酯和葡萄糖为原料制备了葡萄糖复合凝胶，葡萄糖复合凝胶于450℃煅烧得到C-SiO2-Ta2O5杂化前驱体，C-SiO2-Ta2O5杂化前驱体研磨后置于Ar氛围中，1200-1500℃原位合成，得到SiC-TaC纳米复合粉体。5.如权利要求1所述的高分子陶瓷复合3D打印材料，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：段涛，
申请(专利权)人：段涛，
类型：发明
国别省市：安徽,34