本發(fā)明屬于木塑復(fù)合材料及其制備方法的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于3D打印成型的木塑材料及其制備方法領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

3D打印又稱為快速成型技術(shù)，也稱為增材制造技術(shù)，是一種不需要傳統(tǒng)刀具、夾具和機(jī)床，而是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，使用金屬粉末或塑料等具有黏合性的材料逐層打印來制造任意形狀物品的技術(shù)。3D打印技術(shù)是機(jī)械工程、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)等多學(xué)科技術(shù)的集成。3D打印最難最核心的技術(shù)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(yīng)用的熱點與關(guān)鍵。

目前關(guān)于木塑復(fù)合材料用于3D打印材料的研究多集中在聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯基木塑復(fù)合材料和聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等通用塑料基木塑復(fù)合材料。這主要是因為植物纖維主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種高分子化合物組成，當(dāng)溫度超過200℃時，植物纖維開始發(fā)生熱降解，特別是植物纖維中的木質(zhì)素和半纖維素發(fā)生降解情況比較嚴(yán)重，導(dǎo)致植物纖維發(fā)生變色和自身強度降低，從而導(dǎo)致木塑復(fù)合材料強度降低。

工程塑料是具有較高力學(xué)性能及耐熱、耐腐蝕，可以作為結(jié)構(gòu)性材料，具有優(yōu)異的綜合性能(如機(jī)械性能、電性能、耐熱性能、耐化學(xué)性能等)，可在較寬闊的溫度范圍內(nèi)和較長的時間內(nèi)能良好地保持這種性能，并能在承受機(jī)械應(yīng)力和較為苛刻的化學(xué)、物理環(huán)境中長期使用。但是，工程塑料的熔點較高，一般均超過220℃。植物纖維的降解溫度低于工程塑料的熔融溫度，兩者加工溫度不匹配導(dǎo)致工程塑料基木塑復(fù)合材料難以制備。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有3D打印木塑復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性差、力學(xué)強度低的問題，而提供一種用于3D打印成型的高性能木塑材料及其制備方法。

本發(fā)明的用于3D打印成型的高性能木塑材料包括改性植物材料、工程塑料或塑料合金、偶聯(lián)劑或界面相容劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑和礦物質(zhì)填料；所述改性植物材料為經(jīng)改性劑改性的植物材料。

按重量份數(shù)改性植物材料為10～100份，工程塑料或工程塑料合金為20～100份，偶聯(lián)劑或界面相容劑為0～20份，潤滑劑為0～15份，熱穩(wěn)定劑為0～15份和0～10份的礦物質(zhì)填料。

所述偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑、馬來酸酐、馬來酸酐接枝聚烯烴、異氰酸酯中的一種或幾種的混合物；所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、石蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣中的一種或幾種的混合物；所述的熱穩(wěn)定劑是二月桂酸二丁基錫、二月桂酸二辛基錫、馬來酸二烷基錫、雙(馬來酸單丁酯)二丁基錫、馬來酸二辛基錫、二辛基錫雙(巰基乙酸異丁酯)、二辛基錫雙(巰基乙酸異辛酯)中的一種或幾種的混合物；所述的礦物質(zhì)填料為碳酸鈣粉、硅酸鈣粉、滑石粉、熱粉煤灰中的一種或幾種的混合物。

所述工程塑料為聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、熱塑性聚酯中一種或幾種的混合物。

所述工程塑料合金為聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、熱塑性聚酯中的一種或多種塑料混合物與聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一種或多種塑料混合后得到的混合物。

所述改性劑包括硼酸、可溶性硼酸鹽、硅酸和可溶性硅酸鹽中的一種或幾種的混合物。

所述植物材料為木材、稻殼、竹材、麻、秸稈、咖啡殼、果殼中的一種或幾種的混合物。

所述改性劑的重量占改性劑與植物材料總重量的0.1％～50％。

所述改性劑改性植物材料的溫度為50℃～250℃。

本發(fā)明的用于3D打印成型的工程塑料基木塑復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、首先配置改性劑溶液，然后將植物材料制成纖維狀或粉狀，并和改性劑溶液均勻混合，得混合物，再將混合物烘干，得改性的植物材料；

二、將步驟一制備的植物材料與工程塑料或工程塑料合金、偶聯(lián)劑或界面相容劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑和礦物質(zhì)填料混合均勻，得到混合物；

三、將步驟二得到的混合物通過雙螺桿熔融共混，得共混料，加工溫度為160℃～300℃；再將共混料加入到擠出機(jī)中擠出拉絲得到用于3D打印的高性能木塑線材；

或者該制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、采用高混機(jī)將改性劑固體、植物材料與工程塑料或工程塑料合金、偶聯(lián)劑或界面相容劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑和礦物質(zhì)填料混合均勻，得到混合物；

二、將得到的混合物通過雙螺桿熔融共混，得共混料，加工溫度為160℃～300℃；再將共混料加入到擠出機(jī)中擠出拉絲得到用于3D打印的工程塑料基木塑線材。

所述將共混料擠出的溫度為180℃～300℃。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點在于：

相對于現(xiàn)有的3D打印木塑復(fù)合材料，高性能木塑線材可以在220～300℃的高溫條件下進(jìn)行打印成型，提高了熔體的流動性，從而使打印制品具有更高的力學(xué)強度和模量，尺寸穩(wěn)定性更好。通過改性處理植物材料賦予了復(fù)合材料防腐阻燃功能，且通過與塑料的復(fù)合提高了改性劑的抗流失性。此外，高性能木塑復(fù)合材料還具有更寬闊的使用溫度范圍，從而擴(kuò)大了3D打印木塑復(fù)合材料的使用范圍。

具體實施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。在不偏離本發(fā)明的內(nèi)容和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

具體實施方式一：本實施方式的用于3D打印成型的高性能木塑材料包括改性植物材料、工程塑料、偶聯(lián)劑或界面相容劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑和礦物質(zhì)填料；所述改性植物材料為經(jīng)改性劑改性的植物材料。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是，按重量份數(shù)改性植物材料為10～100份，工程塑料或工程塑料合金為20～100份，偶聯(lián)劑或界面相容劑為0～20份，潤滑劑為0～15份，熱穩(wěn)定劑為0～15份和0～10份的礦物質(zhì)填料。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述工程塑料為聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、熱塑性聚酯中一種或幾種的混合物；

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述工程塑料合金為聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、熱塑性聚酯中的一種或多種塑料混合物與聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料中的一種或多種塑料混合后得到的混合物。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述改性劑包括硼酸、可溶性硼酸鹽、硅酸和可溶性硅酸鹽中的一種或幾種的混合物。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述植物材料為木材、稻殼、竹材、麻、秸稈、咖啡殼、果殼中的一種或幾種的混合物。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述偶聯(lián)劑為硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑、馬來酸酐、馬來酸酐接枝聚烯烴、異氰酸酯中的一種或幾種的混合物；所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、石蠟、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣中的一種或幾種的混合物；所述的熱穩(wěn)定劑是二月桂酸二丁基錫、二月桂酸二辛基錫、馬來酸二烷基錫、雙(馬來酸單丁酯)二丁基錫、馬來酸二辛基錫、二辛基錫雙(巰基乙酸異丁酯)、二辛基錫雙(巰基乙酸異辛酯)中的一種或幾種的混合物；所述的礦物質(zhì)填料為碳酸鈣粉、硅酸鈣粉、滑石粉、熱粉煤灰中的一種或幾種的混合物。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一不同的是，所述改性劑改性植物材料的溫度為50℃～250℃。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式九：如具體實施方式一所述的用于3D打印成型的高性能木塑材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、首先配置改性劑溶液，然后將植物材料制成纖維狀或粉狀，并和改性劑溶液均勻混合，得混合物，再將混合物烘干，得改性的植物材料；

二、將步驟一制備的植物材料與工程塑料或工程塑料合金、偶聯(lián)劑或界面相容劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑和礦物質(zhì)填料混合均勻，得到混合物；

三、將步驟二得到的混合物通過雙螺桿熔融共混，得共混料，加工溫度為160℃～300℃；再將共混料加入到擠出機(jī)中擠出拉絲得到用于3D打印的工程塑料基木塑線材；

或者該制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、采用高混機(jī)將改性劑固體、植物材料與工程塑料或工程塑料合金、偶聯(lián)劑或界面相容劑、潤滑劑、熱穩(wěn)定劑和礦物質(zhì)填料混合均勻，得到混合物；

二、將得到的混合物通過雙螺桿熔融共混，得共混料，加工溫度為160℃～300℃；再將共混料加入到擠出機(jī)中擠出拉絲得到用于3D打印的工程塑料基木塑線材。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式九不同的是，所述將共混料加入到3D打印生產(chǎn)線擠出拉絲的溫度為180℃～300℃。其他步驟與參數(shù)與具體實施方式九相同。

實施例1

本實施例的用于3D打印成型的高性能木塑材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、首先配置硼酸溶液，然后將木粉和硼酸溶液均勻混合，得混合物，再將混合物烘干，得改性的木粉原料；所述硼酸的重量占木粉和硼酸總重量的5％。

二、將步驟一制備的木粉原料60份與聚酰胺30份、硅烷偶聯(lián)劑5份、聚乙烯蠟2份、二月桂酸二丁基錫2份和碳酸鈣粉1份混合均勻，得到混合物；

三、將步驟二得到的混合物加入到擠出機(jī)中擠出拉絲得到用于3D打印的你龍基木塑線材。

通過以上步驟制備出用于3D打印的木粉填充聚酰胺復(fù)合材料線材。

實施例2

本實施例的用于3D打印成型的木塑復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進(jìn)行：

一、首先配置硼酸、硅酸鉀混合溶液，然后將木粉和硼酸、硅酸鉀混合溶液均勻混合，得混合物，再將混合物烘干，得改性的木粉原料；所述硼酸和硅酸鉀的重量占木粉和硼酸、硅酸鉀總重量的10％。

二、將步驟一制備的木粉原料60份與聚碳酸酯30份、硅烷偶聯(lián)劑5份、聚乙烯蠟2份、二月桂酸二丁基錫2份和碳酸鈣粉1份混合均勻，得到混合物；

三、將步驟二得到的混合物通過雙螺桿熔融共混，得共混料，加工溫度為230℃；再將共混料加入到擠出機(jī)中擠出拉絲得到用于3D打印的工程塑料基木塑線材。

通過以上方法制備得到可以用3D打印的聚碳酸酯/木粉復(fù)合材料。