一种3D打印用高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种3D打印用高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法和应用。所述3D打印用高强度耐磨尼龙复合材料，由如下重量份数的组分组成：尼龙树脂60～80份，特殊层间粘合力促进剂5～18份，抗氧剂0.1～0.8份，表面处理增强纤维10~35份，耐磨改性剂2~12份，分散剂0.1～1份；所述特殊层间粘合力促进剂为热熔胶或压敏胶；所述尼龙树脂和特殊层间粘合力促进剂在230℃的熔融指数之差不大于60g/10min。本发明专利技术提供的3D打印用高强耐磨尼龙复合材料具有耐高温、力学性能优良、高强度、高耐磨和层间粘合力强的的优点，可广泛推广应用于FDM技术领域。

A Nylon Composite Material with High Strength and Wear Resistance for 3D Printing and Its Preparation Method and Application

The invention relates to a high-strength wear-resistant nylon composite material for 3D printing, a preparation method and application thereof. The high-strength and wear-resistant nylon composite material for 3D printing consists of 60-80 parts of nylon resin, 5-18 parts of special interlayer adhesion promoter, 0.1-0.8 parts of antioxidant, 10-35 parts of surface treatment reinforcing fibers, 2-12 parts of wear-resistant modifier and 0.1-1 part of dispersant. The special interlayer adhesion promoter is hot melt adhesive or pressure sensitive adhesive. The difference of melting index of special interlaminar adhesion promoter at 230 C is not more than 60 g/10 min. The high-strength wear-resistant nylon composite material for 3D printing provided by the invention has the advantages of high temperature resistance, excellent mechanical properties, high strength, high wear resistance and strong interlaminar adhesion, and can be widely applied in the field of FDM technology.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于3D打印材料
，具体涉及一种3D打印用高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着3D打印技术的不断发展，3D打印材料已从最初的塑料、光敏树脂、橡胶类材料扩展到金属、陶瓷、碳纤维等材料。在塑料领域，3D打印耗材仍以PLA、ABS、PA、PETG、TPU等材料为主，随着FDM技术应用的不断深入，从最初的教育领域慢慢渗透到工业辅助夹具、工业产品零部件等方面的应用，市场对材料的高性能化越来越强烈，尤其FDM技术在工业设备及相关零部件方面的应用，其需要材料能承受130℃以上的高温，且具有高强度、高耐磨等需要。专利CN106433108A公开了一种3D打印机用耐高温尼龙丝材，该耐高温尼龙打印材料制备过程为：将尼龙树脂、改性有机蒙脱土、抗氧剂、润滑剂等经双螺杆挤出机造粒，再用单螺杆拉丝；虽然材料的耐热性、力学性能得到了有效提高，但复合材料打印底板温度偏高，不具有底表面摩擦系数功能。专利CN104448805A公开了一种用于3D打印的高强尼龙基复合材料及其制备方法，该高强度尼龙基复合材料及其制备方法为：尼龙树脂、无碱玻璃纤维、抗氧剂等助剂混合，再经双螺杆挤出造粒，再单螺杆挤出拉丝，虽然材料的耐热性、力学性能得到了有效提高，但无碱玻璃纤维添加量达到10份以上，添加量偏高，特殊层间粘合力的情况下，FDM打印模型的层间粘合力会显著下降，打印工艺不当容易出现层间开裂问题，且无碱玻璃纤维粒径偏大，容易出现打印堵头等问题，严重影响打印的成功率。专利CN104086983A公开了一种石墨烯/尼龙复合材料及其制备方法，该尼龙复合材料为：尼龙粉末、石墨烯、流动助剂、抗氧剂等通过反应釜沉淀反应的方法得到石墨烯/尼龙复合尼龙粉末材料。该复合材料具有高的硬度、抗拉强度和弯曲强度，但该尼龙复合粉末材料只能用于SLS激光烧结技术，该技术设备和维护成本极高，影响3D打印技术的推广。因此，开发一种耐高温、力学性能优良、高强度、高耐磨和层间粘合力强的3D打印耗材，以满足FDM技术的应用需求具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中3D打印耗材无法兼具耐高温、力学性能优良、高强度、高耐磨和层间粘合力强的性能，限制了其在FDM
的应用的缺陷和不足，提供一种3D打印用高强耐磨尼龙复合材料。本专利技术提供的3D打印用高强耐磨尼龙复合材料具有耐高温、力学性能优良、高强度、高耐磨和层间粘合力强等优点，可广泛推广应用于FDM
本专利技术的另一目的在于提供上述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供上述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料在3D打印中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种3D打印用高强耐磨尼龙复合材料，由如下重量份数的组分组成：尼龙树脂60～78份，特殊层间粘合力促进剂3.5～18份，抗氧剂0.1～0.8份，表面改性增强纤维10～35份，耐磨改性剂2～12份，分散剂0.1～1份；所述特殊层间粘合力促进剂为热熔胶或压敏胶；所述尼龙树脂和特殊层间粘合力促进剂在230℃的熔融指数之差不大于60g/10min；所述表面改性增强纤维的长度分布为10～100μm，为增强纤维经过有机硅偶联剂或有机硅表面活性剂表面处理得到。本专利技术通过特殊层间粘合力促进剂、表面处理增强纤维和复合耐磨改性剂共同对尼龙树脂进行功能化改性。增强纤维可显著提高尼龙树脂的耐温和力学性能，但如果纤维尺寸分布过宽(10～400μm)，会导致打印出现堵头等不良问题。本专利技术的专利技术人研究发现，当控制纤维尺寸分布为10～100μm时，不但能显著提高尼龙树脂的耐热性和强度，还可避免在打印时出现堵头等不良问题。本专利技术的专利技术人进一步研究发现，当纤维经过有机硅偶联剂或有机硅表面活性剂表面处理之后(即表面改性增强纤维)可有效防止增强纤维出现露纤导致打印件表面摩擦系数提高，提高纤维与树脂之间的相容性，能有效降低增强纤维复合材料在打印过程中对打印喷嘴造成的刮伤，延长喷嘴的使用寿命和提高打印件的表面精度，能更有效提高复合材料的力学性能。耐磨改性剂的添加可显著提高尼龙树脂的耐磨性能，本专利技术的专利技术人进一步研究发现，通过不同耐磨剂之间的复合，能更有效降低打印件表面的摩擦系数，使打印件可用于轴承等需要材料耐磨性好的场所。特殊层间粘合力促进剂可大大提高尼龙的层间粘合强度，防止打印过程中出现开裂，翘边等质量问题；另外，熔融指相差太大，即流动性相差太大，容易导致模型表面出现微观坍塌，同时在打印时，容易出现回抽拉丝现象，影响打印件表面质量。控制特殊层间粘合力促进剂和尼龙树脂在230℃的熔融指数接近，可避免因层间粘合促进剂与尼龙树脂之间的熔融指数相差过大，导致用3D打印机打印出来的模型存在精度不够，打印过后出现细微坍塌等不良问题。通过特殊层间粘合力促进剂、表面处理增强纤维和耐磨改性剂的协同作用及其它组分的配合，得到的3D打印用高强耐磨尼龙复合材料具有耐高温、力学性能优良、高强度、高耐磨和层间粘合力强等优点，可广泛推广应用于FDM
优选地，所述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料由如下重量份数的组分组成：尼龙树脂62～75份，特殊层间粘合力促进剂4～15份，抗氧剂0.1～0.6份，表面改性增强纤维12～30份，耐磨改性剂3～10份，分散剂0.2～0.8份。优选地，所述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料由如下重量份数的组分组成：尼龙树脂64份，特殊层间粘合力促进剂12份，抗氧剂0.3份，表面改性增强纤维12份，耐磨改性剂10份，分散剂0.7份。优选地，所述尼龙树脂在230℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为15～25g/10min；更为优选地，所述尼龙树脂为PA6树脂、PA66树脂、PA6/PA66共聚树脂、PA11树脂、PA1010树脂或PA12树脂中一种或几种。优选地，所述热熔胶为TPU热熔胶、EVA热熔胶、聚酰胺热熔胶或聚烯烃热熔胶中的一种或多种；更为优选地，所述层间粘合力促进剂为TPU热熔胶或聚酰胺热熔胶。优选地，所述压敏胶为丙烯酸类压敏胶。优选地，所述抗氧剂为BRUGGOLENH10、BRUGGOLENH20或BRUGGOLENH161中的一种或几种。优选地，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、液晶高分子纤维、植物纤维中的一种或几种。优选的，所述增强纤维的表面处理方法为：将有机硅表面活性剂或硅烷偶联剂、溶剂和纤维混合，搅拌下于80～100℃下回流，过滤，即得到所述改性纤维。优选地，所述耐磨改性剂为聚四氟乙烯、石墨、二硫化钼、硅酮粉末或有机硅中的一种或几种，优选两种或两种以上耐磨改性剂复合使用。优选地，所述分散剂为PE蜡、PP蜡、EVA蜡、EBS、PETS、白矿油或有机硅油中的一种或几种，更为优选地，所述分散剂为PETS和有机硅油。上述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将尼龙树脂、特殊层间粘合力促进剂、表面处理的增强纤维和耐磨改性剂烘干后，再与分散剂和抗氧剂混合均匀，挤出造粒得到尼龙复合材料颗粒；S2：将S1所得尼龙复合材料颗粒干燥，拉线即得到3D打印用高强耐磨尼龙复合材料。上述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料在3D打印中的应用也在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印用高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，由如下重量份数的组分组成：尼龙树脂 60～78份，特殊层间粘合力促进剂 3.5～18份，抗氧剂 0.1～0.8份，表面改性增强纤维 10~35份，耐磨改性剂 2~12份，分散剂 0.1～1份；所述特殊层间粘合力促进剂为热熔胶或压敏胶；所述尼龙树脂和特殊层间粘合力促进剂在230℃的熔融指数之差不大于60g/10min；所述表面改性增强纤维的长度分布为10~100μm，为增强纤维经过有机硅偶联剂或有机硅表面活性剂表面处理得到。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，由如下重量份数的组分组成：尼龙树脂60～78份，特殊层间粘合力促进剂3.5～18份，抗氧剂0.1～0.8份，表面改性增强纤维10~35份，耐磨改性剂2~12份，分散剂0.1～1份；所述特殊层间粘合力促进剂为热熔胶或压敏胶；所述尼龙树脂和特殊层间粘合力促进剂在230℃的熔融指数之差不大于60g/10min；所述表面改性增强纤维的长度分布为10~100μm，为增强纤维经过有机硅偶联剂或有机硅表面活性剂表面处理得到。2.根据权利要求1所述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，所述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料由如下重量份数的组分组成：尼龙树脂62～75份，特殊层间粘合力促进剂4～15份，抗氧剂0.1～0.6份，表面改性增强纤维12~30份，耐磨改性剂3~10份，分散剂0.2～0.8份。3.根据权利要求2所述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，所述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料由如下重量份数的组分组成：尼龙树脂64份，特殊层间粘合力促进剂12份，抗氧剂0.3份，表面改性增强纤维12份，耐磨改性剂10份，分散剂0.7份。4.根据权利要求1所述3D打印用高强耐磨尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙树脂在230℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为15~25g/10min；所述热熔胶为TPU热熔胶、EVA热熔胶、聚酰胺热熔胶或聚烯烃热熔胶中的一种或多种；所述压敏胶为丙烯酸类压敏胶。5.根据权利要求4所述3D打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷周桥，刘鹏，许卫民，黎泽顺，容敏智，卢俊文，
申请(专利权)人：广东波斯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44