一種用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料及其制備方法和制品技術

本發明專利技術涉及一種用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料及其制備方法和制品，所述材料的原料包括：聚合物10-30重量份，微納粉體90-70重量份，輻照敏化劑0.05-0.2重量份，抗氧劑0.01-0.02重量份。本發明專利技術使用微納粉體作為主體材料，聚合物樹脂作為粘接劑，通過3D打印的方式打印成型，同時加入了輻照敏化劑，經電子束輻照后聚合物樹脂形成三維交聯網絡，提高了樹脂粘結后的強度、耐熱性以及耐化學腐蝕性。高填充量的微納粉體賦予了成型材料優異的機械性能。此外，根據產品使用的環境與需求的變化，改變微納粉體的種類，可得到具有特殊功能性的材料，如優異的導電性，導熱性，阻燃性及抗沖擊性等。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于3D打印的材料及其制備方法和制品，具體涉及一種用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料及其制備方法和制品。
技術介紹
3D打印是一種新興的快速成型技術，通過計算機建模設置三維模型程序，利用激光燒結、加熱熔融、紫外固化等方式將金屬、陶瓷粉末或聚合物等材料，通過計算機數字軟件程序控制，逐層堆積粘結成型，從而制造出實體產品。3D打印簡單來說，可以看作是2D打印技術在空間上的疊加。使用固體粉末或聚合物熔體等材料作為打印“油墨”，通過計算機建模設計，精確控制產品的精度和尺寸。這種打印技術相比于傳統的成型技術，不需要復雜的模具和工藝，設備小巧，程序由計算機控制，操作簡便，因而受到的關注越來越多，逐漸在生物、醫學、建筑、航空等領域開拓了廣闊的應用空間，尤其適合小批量，個性化，結構復雜的中空部件。 目前所用的3D打印最常用的聚合物材料為尼龍、ABS、聚碳酸酯和聚亞苯基砜等，這些材料成型時需要較高溫度，不僅成型速度慢，而且成品在強度、韌度等性能方面較差。相比之下，其它3D打印材料的開發非常罕見，這也使得3D打印的實用性、普適性受到了限制。因此，開發新的3D打印材料來彌補以上材料的不足是非常重要的。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料。r> 本專利技術的另一個目的在于提供一種上述復合材料的制備方法。 本專利技術的再一個目的在于提供一種由上述的用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料制備的制品，所述制品具有高強度和特殊功能。 本專利技術的第四個目的在于提供一種上述制品的制備方法。 本專利技術的第五個目的在于提供一種上述復合材料的用途。 為實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案： 一種用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料，所述材料以微納粉體作為主體原料，聚合物樹脂作為粘結劑，所述材料的原料及其含量(重量份)包括： 微納粉體?????90-70份， 聚合物樹脂???10-30份， 輻照敏化劑???0.05-0.2份。 根據本專利技術，所述復合材料通過包括原料的混合和螺桿擠出機擠出造粒的方法制得。 本專利技術所述的微納粉體是指粒徑介于1納米和100微米之間的顆粒物質。優選地，所述微納粉體是無機微納粉體；更優選地，所述無機微納粉體選自金屬單質粉體、金屬氧化物粉體、非金屬單質粉體、鹵化銀粉體、碳酸鹽粉體、磷酸鹽粉體、硅酸鹽粉體以及粘土類粉體中的一種或多種。優選地，所述微納粉體的粒徑介于50nm和10μm之間。 優選的，所述的微納粉體，是經過表面改性劑改性的微納粉體。 優選的，所述的表面改性劑選自多巴胺以及硅烷偶聯劑中的一種或多種，所述硅烷偶聯劑例如是KH550，KH560，KH570，KH792或DL602。 根據本專利技術，所述的聚合物樹脂為熱塑性樹脂。所述熱塑性樹脂選自聚烯烴(PE、PP、PVC、PS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚酯(PET、PBT、PCL、PLA)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、丁苯透明抗沖樹脂(K樹脂)、聚丙烯酸酯中的一種或多種。 根據本專利技術，所選用的聚合物樹脂的熔融指數至少大于10。 根據本專利技術，所述的輻射敏化劑選自三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基異氰脲酸酯、三甲代丙烯基異氰酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、苯均三酸三烯丙酯、二烯丙基異氰酸酯、間苯二甲酸二丙烯酯、雙馬來酰亞胺、二甲基丙烯酸三甘醇酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯中的一種或多種。 根據本專利技術，所述原料中還包括： 抗氧劑???0.01-0.02份。 根據本專利技術，所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑和/或亞磷酸酯類輔助抗氧劑。優選地，選自抗氧劑1010：四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗氧劑1096：IRGANOX?B-1096；主抗氧劑1098：(N,N'-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酰基)己二胺)與亞磷酸酯類抗氧劑互配物；和抗氧劑168：三[2，4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯中的一種或多種。 根據本專利技術，所述材料的原料及其含量(重量份)為： 微納粉體?????90-70份， 聚合物樹脂???10-30份， 輻照敏化劑???0.05-0.2份， 抗氧劑???????0.01-0.02份。 本專利技術還提供如下技術方案： 上述用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料的制備方法，其包括原料的混合和螺桿擠出機擠出造粒的步驟。 根據本專利技術，所述方法具體包括： 1)微納粉體的改性； 2)各個原料的混合； 3)螺桿擠出機擠出造粒。 根據本專利技術，上述步驟1)具體為：將100重量份的所述微納粉體用5-20份的所述表面改性劑在溶液中進行表面改性。 根據本專利技術，所述步驟2)具體為：將10-30重量份的聚合物樹脂，90-70份的改性后的微納粉體，0.05-0.2份的輻照敏化劑，0.01-0.02份的抗氧劑在室溫下混合均勻，送入長徑比為36的雙螺桿擠出機中擠出造粒，擠出機轉速為20-100r/min，擠出機各段的溫度范圍為：加料段150-170℃、熔融段190-200℃、混煉段190-200℃、排氣段170-190℃、均化段160-180℃。 本專利技術還提供如下的技術方案： 一種制品，其由上述的用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料通過3D打印制得。 上述制品的制備方法，包括將上述的用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料通過3D打印的步驟。 根據本專利技術，所述步驟具體包括： 將所述復合材料的粒料加入3D打印機的噴頭，在噴頭內被加熱熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，在計算機控制下擠出后本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料，所述材料以微納粉體作為主體原料，聚合物樹脂作為粘結劑，所述材料的原料及其含量(重量份)包括：微納粉體?????90?70份，聚合物樹脂???10?30份，輻照敏化劑???0.05?0.2份。優選地，所述復合材料通過包括原料的混合和螺桿擠出機擠出造粒的方法制得。

【技術特征摘要】
1.一種用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材料，所述材料以微納
粉體作為主體原料，聚合物樹脂作為粘結劑，所述材料的原料及其含量(重量
份)包括：
微納粉體?????90-70份，
聚合物樹脂???10-30份，
輻照敏化劑???0.05-0.2份。
優選地，所述復合材料通過包括原料的混合和螺桿擠出機擠出造粒的方法制
得。
2.根據權利要求1所述的用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合材
料，其特征在于，所述的微納粉體是指粒徑介于1納米和100微米之間的顆粒
物質；優選地，所述微納粉體是無機微納粉體；更優選地，所述無機微納粉體
選自金屬單質粉體、金屬氧化物粉體、非金屬單質粉體、鹵化銀粉體、碳酸鹽
粉體、磷酸鹽粉體、硅酸鹽粉體以及粘土類粉體中的一種或多種；優選地，所
述微納粉體的粒徑介于50nm和10μm之間。
優選地，所述的微納粉體是經過表面改性劑改性的微納粉體。
優選地，所述的表面改性劑選自多巴胺以及硅烷偶聯劑中的一種或多種，所
述硅烷偶聯劑例如是KH550，KH560，KH570，KH792或DL602。
優選地，所述的聚合物樹脂為熱塑性樹脂；更優選地，所述熱塑性樹脂選自
聚烯烴(PE、PP、PVC、PS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、
乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚酯(PET、PBT、PCL、PLA)、丙烯腈-
苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯
乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、丁苯透明抗沖樹脂(K樹脂)、聚
丙烯酸酯中的一種或多種。
優選地，所選用的聚合物樹脂的熔融指數至少大于10。
優選地，所述的輻射敏化劑選自三烯丙基氰脲酸酯、三烯丙基異氰脲酸酯、
三甲代丙烯基異氰酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯
酸酯、苯均三酸三烯丙酯、二烯丙基異氰酸酯、間苯二甲酸二丙烯酯、雙馬來
酰亞胺、二甲基丙烯酸三甘醇酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯中的一種或多種。
3.根據權利要求1或2所述的用于3D打印的高填充量微納粉體/聚合物復合
材料，其特征在于，所述原料中還包括：
抗氧劑???0.01-0.02份。
優選地，所述的抗氧劑為受阻酚類抗氧劑和/或亞磷酸酯類輔助抗氧劑；更優
選地，選自抗氧劑1010：四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯；抗
氧劑1096：IRGANOX?B-1096；主抗氧劑1098：(N,N'-雙-(3-(3,5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：沈衡，朱唐，郭靖，趙寧，徐堅，孫文華，董金勇，李春成，符文鑫，林學春，馬永梅，
申請(專利權)人：中國科學院化學研究所，
類型：發明
國別省市：北京;11