一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料及其制备方法，涉及功能复合材料领域，所述复合材料由以下按重量份数的原料组成：聚乳酸PLA50～70份、热塑性聚氨酯TPU30～50份、多壁碳纳米管MWCNT5～8份、铁含量为50％的铁镍合金3份和纳米级铜粉2份，其制备方法包括四个步骤。本发明专利技术能够解决现有的制备功能复合材料的方法流程较为复杂，成本高、制备慢，无法满足快速高效制备具有特殊功能、特殊结构复合材料的需求的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功能复合材料领域，尤其是一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，电子设备在运用过程中产生的低频电磁辐射所带来的电磁污染、电磁干扰等问题日益突出，且低频磁场(＜100kHz)对动物的生理有较大的影响，而通过电磁屏蔽材料可以有效减少电磁辐射的危害，减轻对电子设备稳定性的干扰。低频电磁屏蔽材料的电磁屏蔽以内部吸收损耗为主，吸收损耗不会干扰其它设备的稳定性，是一种较为理想的屏蔽模式。低频电磁屏蔽材料的制备需要加入高磁导率、高电导率材料，同时要防止产生磁饱和现象且提高复合材料的导电率以达到更好的低频电磁屏蔽效果。
[0003]3D打印纳米粒子形状记忆高分子复合材料因其质轻、易于加工、屏蔽效能可控和力学性能优异等优点，在电磁屏蔽领域有着广阔的应用前景，且与传统纯金属基电磁屏蔽材料相比，碳纳米粒子与金属粒子混合制备的导电聚合物基复合材料成本更低，屏蔽效果更好。目前，利用熔融挤出型(FDM)3D打印实现特殊结构的复合材料的制备，将形状记忆和电磁屏蔽性能结合，通过纳米粒子形状记忆高分子复合材料对温度的刺激响应行为来改变自身结构，电磁屏蔽效能随形状的改变而改变，可以满足不同的电磁屏蔽环境下的要求。现有的制备功能复合材料的方法流程较为复杂，成本高、制备慢，无法满足快速高效制备具有特殊功能、特殊结构复合材料的需求。
[0004]由于上述因素存在，本专利技术的制备基于FDM成型技术的具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料具有创造性及研究意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料及其制备方法，解决现有的制备功能复合材料的方法流程较为复杂，成本高、制备慢，无法满足快速高效制备具有特殊功能、特殊结构复合材料的需求的问题。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料，所述复合材料由以下按重量份数的原料组成：聚乳酸PLA50～70份、热塑性聚氨酯TPU30～50份、多壁碳纳米管MWCNT5～8份、铁含量为50％的铁镍合金3份和纳米级铜粉2份。
[0007]进一步地，所述聚乳酸PLA的粒径为45μm，所述热塑性聚氨酯TPU的粒径为33μm，所述多壁碳纳米管MWCNT的直径为3～15nm、长度为15～30μm，所述铁镍合金的粒径为50～80nm，所述纳米级铜粉的粒径为50～100nm。
[0008]进一步地，所述聚乳酸PLA与热塑性聚氨酯TPU的重量份数之比为5：5或6：4或7：3，
所述多壁碳纳米管MWCNT与原料总体的重量份数之比为6：100或7：100或8：100，所述铁镍合金与原料总体的重量份数之比为3：100，所述纳米级铜粉与原料总体的的重量份数之比为2：100。
[0009]本专利技术还公开了一种一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1：将聚乳酸PLA、热塑性聚氨酯TPU、多壁碳纳米管MWCNT、铁含量为50％的铁镍合金和纳米级铜粉按照配比称重后，放入烘箱进行预烘；
[0011]S2：将预烘后的聚乳酸PLA、热塑性聚氨酯TPU、多壁碳纳米管MWCNT、铁镍合金和纳米级铜粉进行机械混合，加入单螺杆挤出机的进料口，开机预热，调整单螺杆挤出机的预热温度、挤压头温度及挤出速度，将原料熔融共混后挤出，制备直径均匀的3D打印线材；
[0012]S3：设计波浪结构的3D打印路径，路径设计中包括设置相关3D打印参数，输出gcode文件；
[0013]S4：在3D打印机上输入gcode文件，放置3D打印线材并预热机器后，进行波浪结构复合材料的制备，打印过程中观察样品以便调整参数提高打印质量，后修正打印参数进行复合材料的制备，最终制得具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料。
[0014]进一步地，所述烘箱温度为65℃，预烘时间为10h。
[0015]进一步地，所述机械混合速度为800r/min，混合时间为2h。
[0016]进一步地，所述单螺杆挤出机预热时间为0.5h，预热温度为210℃，挤压头温度为180℃，挤出速度为100r/min。
[0017]进一步地，所述单螺杆挤出机挤出的3D打印线材的直径为1.65
‑
1.85mm。
[0018]进一步地，所述3D打印波浪结构的波浪间隔为10mm。
[0019]进一步地，所述3D打印参数包括打印喷头温度220℃、打印层高0.4mm、打印喷头直径1mm、打印平台温度60℃，所述3D打印机为FDM 3D打印机，预热时间2min。
[0020]本专利技术具有如下有益效果：
[0021]1、本专利技术的复合材料，力学性能、形状记忆性能、低频电磁屏蔽性能优异。
[0022]2、本专利技术的复合材料，低频电磁屏蔽效能随形状改变而改变。
[0023]3、本专利技术的复合材料的制备方法，利用FDM 3D打印技术，材料成型工艺简单、环保省材、制备流程短、成品质量高。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1提供的波浪结构打印路径示意图；
[0025]图2为本专利技术实施例1提供的形状记忆恢复过程示意图。
具体实施方式
[0026]实施例一：
[0027]本实施例的复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0028]一、称重预烘
[0029]取聚乳酸(PLA)50份、热塑性聚氨酯(TPU)50份，多壁碳纳米管(MWCNT)占总质量的
重量份之比为5：100、铁镍合金(Fe/Ni50/50)占总质量的重量份之比为3：100，纳米级铜粉占总质量的重量份之比为2：100，按照配比称重后，放入65℃烘箱进行预烘，预烘时间为10h。
[0030]二、打印线材的制备
[0031]将步骤一预烘后的聚乳酸(PLA)、热塑性聚氨酯(TPU)、多壁碳纳米管(MWCNT)、铁镍合金(Fe/Ni 50/50)和纳米级铜粉使用小型机械混合机进行混合，机械混合速度为800r/min，混合时间为2h。将混合均匀的粉料加入单螺杆挤出机的进料口，开机预热0.5h，预热温度为210℃，调整挤压头温度为180℃，挤出速度为100r/min，将原料熔融共混后挤出，制备直径为1.75
±
0.1mm的3D打印线材。
[0032]三、3D打印路径代码编写
[0033]设计波浪间隔为10mm的波浪结构3D打印路径，路径设计中包括设置相关3D打印参数，打印喷头温度220℃、打印层高0.4mm、打印喷头直径1mm、打印平台温度60℃，输出gcode文件。打印路径如图1所示。
[0034]四、复合材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下按重量份数的原料组成：聚乳酸PLA50～70份、热塑性聚氨酯TPU30～50份、多壁碳纳米管MWCNT5～8份、铁含量为50％的铁镍合金3份和纳米级铜粉2份。2.如权利要求1所述的一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料，其特征在于，所述聚乳酸PLA的粒径为45μm，所述热塑性聚氨酯TPU的粒径为33μm，所述多壁碳纳米管MWCNT的直径为3～15nm、长度为15～30μm，所述铁镍合金的粒径为50～80nm，所述纳米级铜粉的粒径为50～100nm。3.如权利要求1所述的一种具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料，其特征在于，所述聚乳酸PLA与热塑性聚氨酯TPU的重量份数之比为5：5或6：4或7：3，所述多壁碳纳米管MWCNT与原料总体的重量份数之比为6：100或7：100或8：100，所述铁镍合金与原料总体的重量份数之比为3：100，所述纳米级铜粉与原料总体的的重量份数之比为2：100。4.一种如权利要求1
‑
3任一所述的具备可控低频电磁屏蔽性能的3D打印波浪结构形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将聚乳酸PLA、热塑性聚氨酯TPU、多壁碳纳米管MWCNT、铁含量为50％的铁镍合金和纳米级铜粉按照配比称重后，放入烘箱进行预烘；S2：将预烘后的聚乳酸PLA、热塑性聚氨酯TPU、多壁碳纳米管MWCNT、铁镍合金和纳米级铜粉进行机械混合，加入单螺杆挤出机的进料口，开机预热，调整单螺杆挤出机的预热温度、挤压头温度及挤出速度，将原料熔融共混后挤出，制备直径均匀的3D打印线材；S3：设计波...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖学良，臧文娜，李安波，何文娟，
申请(专利权)人：伊诺维无锡新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：