本發(fā)明屬于3D打印材料制造技術領域，涉及一種用碳纖維與PA-12尼龍材料制備的PA-12復合3D打印材料及制備方法。
背景技術：
3D打印又稱為快速成型技術，也稱為增材制造技術，是一種不需要傳統刀具、夾具和機床，而是以數字模型文件為基礎，使用金屬粉末或塑料等具有粘合性的材料逐層打印來制造任意形狀物品的技術。3D打印機可以制造的物品很多，如飛機、手槍，再如食物、人體器官、兒童玩具等。3D打印技術是最近20年來世界制造技術領域的一次重大突破。是機械工程、計算機技術、數控技術、材料科學等多學科技術的集成。3D打印最難最核心的技術是打印材料的開發(fā)。因此開發(fā)更為多樣多功能的3D打印材料成為未來研究與應用的熱點與關鍵。本發(fā)明的3D打印材料是一種新材料，兼具金屬和塑料的性能，為3D打印提供了更多的材料方面的選擇。
熔融擠壓堆積成型(FDM)技術是3D打印常用的一種技術，此技術利用熱塑性聚合物在熔融狀態(tài)下，從打印噴頭擠出，然后凝固成輪廓薄層，再一層一層的疊加而成。目前，市場上該技術常用的聚合物材料為聚乳酸(PLA，ABS，PA)，聚苯砜(PPSF)和聚碳酸酯(PC)等。FDM要求材料具有較低的冷凝收縮率、較陡的粘溫曲線和較高的強度、剛度、熱穩(wěn)定性等。目前碳纖維/PA-12尼龍復合材料作為3D打印材料的文獻很少。
行星式球磨機是針對粉碎、研磨、分散金屬、非金屬、有機、中草藥等粉體進行設計的，特別適合實驗室研究使用，其工作原理是利用磨料與試料在研磨罐內高速翻滾，對物料產生強力剪切、沖擊、碾壓達到粉碎、研磨、分散、乳化物料的目的。行星式球磨機在同一轉盤上裝有四個球磨罐，當轉盤轉動時，球磨罐在繞轉盤軸公轉的同時又圍繞自身軸心自轉，作行星式運動。罐中磨球在高速運動中相互碰撞，研磨和混合樣品。該產品能用干、濕兩種方法研磨和混合粒度不同、材料各異的產品，研磨產品最小粒度可至0.1微米。能很好的實現各種工藝參數要求，同時，其具有小批量、低功耗、低價位的優(yōu)點。
技術實現要素：
目前3D打印材料多使用純塑料，塑料感強，親和性差，本發(fā)明提出了一種3D打印碳纖維/PA-12尼龍復合材料及其制備方法，使得打印出來的物品具有比純PA-12更好的力學性能。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種3D打印碳纖維/PA-12尼龍復合材料，其組分按重量份計為：PA-12材料 600~900份；碳纖維100~400份；偶聯劑1~5份；分散劑10~25份；抗氧劑2~10份；潤滑劑5~10份；增韌劑20~35份。
其中所述碳纖維選用高性能瀝青短切碳纖維；所述聚酰胺塑料選用擠出級PA-12尼龍材料；所述加工助劑中的偶聯劑選自γ—氨丙基三乙氧基硅烷、γ—縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ—氨丙基三甲氧基硅烷、γ—(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、正鈦酸四異丙酯、異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯或雙(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撐鈦酸酯中的一種或一種以上；潤滑劑選用石蠟、PP蠟、PE蠟、硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撐雙硬脂酰胺的一種；分散劑選用EBS；增韌劑選用POE、EDPM、EVA、SBS的一種；抗氧劑選自四［β—(3,5—二叔丁基—4—羥基苯基)丙酸］季戊四醇酯，β—（3.5—二叔丁基—4—羥基苯基）丙酸十八碳醇脂，N, N’—雙—［3—(3,5—二叔丁基—4—羥基苯基)丙酰基］己二胺或三（2,4—二叔丁基苯基）亞磷酸酯中的一種或一種以上。
本發(fā)明制備3D打印PA-12尼龍復合材料的具體實施步驟如下，
步驟1：碳纖維選擇高性能瀝青短切碳纖維，烘干備用；將PA-12原料烘干備用，各原料含水率小于0.02%；
步驟2：按照重量份稱量碳纖維為100~400份，PA-12尼龍材料為600~900份，偶聯劑1~5份，分散劑10~25份，抗氧劑2~10份；潤滑劑5~10份，增韌劑20~35份；
步驟3：將步驟2稱量的碳纖維加入行星式球磨機，加入步驟2稱重的偶聯劑繼續(xù)混合30分鐘，之后加入步驟2稱重的分散劑、潤滑劑繼續(xù)混合30分鐘，最后加入步驟2稱量的PA-12尼龍材料、增韌劑繼續(xù)混合90分鐘，溫度保持在120℃；
步驟4：將步驟3中得到的混合料用雙螺桿擠出機造粒，雙螺桿擠出機螺桿直徑為75mm，長徑比45：1，擠出機溫度依次設定為：一區(qū)190~200℃，二區(qū)195~205℃，三區(qū)195~205℃，四區(qū)200~205℃，五區(qū)200~210℃，六區(qū)200~210℃，七區(qū)200~210℃,八區(qū)200~215℃，九區(qū)210~215℃，機頭溫度210~215℃；
步驟5：將步驟4得到的粒子用單螺桿擠出機進行擠出加工成直徑為1.75±0.05mm的細絲，單螺桿擠出機螺桿直徑15mm，長徑比48：1，擠出溫度依次設定為：一區(qū)190~200℃，二區(qū)195~205℃，三區(qū)195~205℃，四區(qū)200~205℃，五區(qū)200~210℃，六區(qū)200~210℃，七區(qū)200~210℃，八區(qū)200~215℃，九區(qū)210~215℃，機頭溫度210~215℃；
步驟6:細絲經水冷，風干，繞盤。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明使用常用的熱塑性塑料PA-12尼龍材料，材料新，性能優(yōu)，拓寬了3D打印材料原料的選擇范圍；
(2)本發(fā)明使用高性能瀝青短切碳纖維填充PA-12尼龍材料，制成PA-12尼龍復合材料，使得制品具有合適的熔融溫度和良好的結合強度，節(jié)約設計成本，為3D打印提供了更為多樣的材料；
(3)本發(fā)明制成的3D打印PA-12尼龍復合材料具有很好的耐磨性、耐油性、韌性、沖擊強度，通過3D打印技術打印出來的產品高質量、高抗沖、高強度。
具體實施方式
以下通過具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但不應將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下實例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包含在本發(fā)明的范圍內。
實例1：
步驟1：碳纖維選擇高性能瀝青短切碳纖維，烘干備用；將碳纖維烘干備用，原料含水率小于0.02%；
步驟2：按照重量份稱量碳纖維為100份，PA-12尼龍材料為900份，偶聯劑2份，分散劑15份，潤滑劑8份，抗氧劑10份，增韌劑25份；
步驟3：將步驟2稱量的碳纖維加入行星式球磨機，加入步驟2稱重的偶聯劑繼續(xù)混合30分鐘，之后加入步驟2稱重的分散劑、潤滑劑、抗氧劑繼續(xù)混合30分鐘，最后加入步驟2稱量的PA-12尼龍材料、增韌劑繼續(xù)混合90分鐘，溫度保持在120 ℃；
步驟4：將步驟3中得到的混合料用雙螺桿擠出機造粒，雙螺桿擠出機螺桿直徑為75mm，長徑比45：1，擠出機溫度依次設定為：一區(qū)190℃，二區(qū)195℃，三區(qū)200℃，四區(qū)205℃，五區(qū)205℃，六區(qū)205℃，七區(qū)210℃，八區(qū)210℃，九區(qū)215℃，機頭溫度215℃；
步驟5：將步驟4得到的粒子用單螺桿擠出機進行擠出加工成直徑為1.75±0.05mm的細絲，單螺桿擠出機螺桿直徑15mm，長徑比48：1，擠出溫度依次設定為：一區(qū)190℃，二區(qū)195℃，三區(qū)200℃，四區(qū)205℃，五區(qū)205℃，六區(qū)205℃，七區(qū)210℃，八區(qū)210℃，九區(qū)215℃，機頭溫度215℃；
步驟6：細絲經水冷，風干，繞盤。
實例2：
步驟1：碳纖維選擇高性能瀝青短切碳纖維，烘干備用；將碳纖維烘干備用，原料含水率小于0.02%；
步驟2：按照重量份稱量碳纖維為200份，PA-12尼龍材料為800份，偶聯劑2份，分散劑15份，潤滑劑8份，抗氧劑10份，增韌劑25份；
步驟3：將步驟2稱量的碳纖維加入行星式球磨機，加入步驟2稱重的偶聯劑繼續(xù)混合30分鐘，之后加入步驟2稱重的分散劑、潤滑劑、抗氧劑繼續(xù)混合30分鐘，最后加入步驟2稱量的PA-12尼龍材料、增韌劑繼續(xù)混合90分鐘，溫度保持在120 ℃；
步驟4：將步驟3中得到的混合料用雙螺桿擠出機造粒，雙螺桿擠出機螺桿直徑為75mm，長徑比45：1，擠出機溫度依次設定為：一區(qū)190℃，二區(qū)195℃，三區(qū)200℃，四區(qū)205℃，五區(qū)210℃，六區(qū)210℃，七區(qū)215℃，八區(qū)215℃，九區(qū)215℃，機頭溫度220℃；
步驟5：將步驟4得到的粒子用單螺桿擠出機進行擠出加工成直徑為1.75±0.05mm的細絲，單螺桿擠出機螺桿直徑15mm，長徑比48：1，擠出溫度依次設定為：一區(qū)190℃，二區(qū)195℃，三區(qū)200℃，四區(qū)205℃，五區(qū)210℃，六區(qū)210℃，七區(qū)215℃，八區(qū)215℃，九區(qū)215℃，機頭溫度220℃；
步驟6：細絲經水冷，風干，繞盤。
實例3：
步驟1：碳纖維選擇高性能瀝青短切碳纖維，烘干備用；將碳纖維烘干備用，原料含水率小于0.02%；
步驟2：按照重量份稱量碳纖維為300份，PA-12尼龍材料為700份，偶聯劑3份，分散劑15份，潤滑劑8份，抗氧劑10份，增韌劑30份；
步驟3：將步驟2稱量的碳纖維加入行星式球磨機，加入步驟2稱重的偶聯劑繼續(xù)混合30分鐘，之后加入步驟2稱重的分散劑、潤滑劑、抗氧劑繼續(xù)混合30分鐘，最后加入步驟2稱量的PA-12尼龍材料、增韌劑繼續(xù)混合90分鐘，溫度保持在120 ℃；
步驟4：將步驟3中得到的混合料用雙螺桿擠出機造粒，雙螺桿擠出機螺桿直徑為75mm，長徑比45：1，擠出機溫度依次設定為：一區(qū)190℃，二區(qū)195℃，三區(qū)200℃，四區(qū)210℃，五區(qū)210℃，六區(qū)215℃，七區(qū)215℃，八區(qū)215℃，九區(qū)215℃，機頭溫度220℃；
步驟5：將步驟4得到的粒子用單螺桿擠出機進行擠出加工成直徑為1.75±0.05mm的細絲，單螺桿擠出機螺桿直徑15mm，長徑比48：1，擠出溫度依次設定為：一區(qū)190℃，二區(qū)195℃，三區(qū)200℃，四區(qū)210℃，五區(qū)210℃，六區(qū)215℃，七區(qū)215℃，八區(qū)215℃，九區(qū)215℃，機頭溫度220℃；
步驟6：細絲經水冷，風干，繞盤。
將材料進行性能檢測，結果符合3D打印用復合材料性能要求。