本發(fā)明屬于3d打印用材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有高強度的石墨烯3d打印材料。

背景技術(shù)：

隨著3d打印商品的出現(xiàn)，3d打印技術(shù)也逐漸被人們所了解。3d打印技術(shù)屬于快速成型技術(shù)中的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。3d打印可選用的原料包括樹脂，金屬及陶瓷粉末等，不同原料通過3d打印制備的產(chǎn)品在鞋類，建筑工程，汽車，航空航天，醫(yī)療，軍事、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

作為3d打印的核心部件的打印材料近年來一直受到廣泛的關(guān)注。逐步開發(fā)出了陶瓷、光敏樹脂、金屬合金、生物組織、復(fù)合材料以及塑料等不同的種類。根據(jù)打印材料形狀的不同，可以分為絲狀、粉末狀以及液狀材料?？梢赃@樣說，打印材料的種類的不同，就決定了3d打印機的種類與性能。材料是制約3d打印的一個重要的因素。材料工程性跟不上產(chǎn)業(yè)發(fā)展，大型鍛件無法成型，力學(xué)性能差等因素，制約著3d技術(shù)的發(fā)展。如何突破提高3d打印材料功能性、降低3d打印成本，提高3d打印材料的力學(xué)性能等問題已經(jīng)迫在眉睫。

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的二維薄層材料，具有優(yōu)異的力學(xué)和熱力學(xué)性能，被認(rèn)為是一種未來在符合工程塑料領(lǐng)域具有極大發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的材料。但是目前塑料3d打印用材料存在著強度低、拉伸強度小和彎曲強度曉等問題，因此，研發(fā)一種具有高強度，同時具有高韌性和拉伸強度的石墨烯3d打印材料具有重要意義。

中國專利cn106633717a公開了一種具有高抗強度的石墨烯3d打印材料的制備方法，包括石墨烯、廢棄塑料、聚乳酸、六聚磷酸鉀、環(huán)氧丙烯酸酯、特定合成劑和淀粉合成劑，其制成的石墨烯3d打印材料拉伸強度大、強度高，但是該材料制作工藝復(fù)雜，且配比含有有機物質(zhì)高，不易降解，打印出來的產(chǎn)品對環(huán)境有一定污染。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提高一種具有高強度的石墨烯3d打印材料，采用本發(fā)明制成的石墨烯3d打印材料強度高、拉伸強度高，同時3d打印出來的產(chǎn)品高強度、高抗沖，具有廣闊的市場前景。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種高強度的石墨烯3d打印材料，其特征在于，所述打印材料由如下重量份的原料混合而得：

上述各組分總和應(yīng)為100重量份。

作為優(yōu)選，所述的改性石墨烯由氧化石墨烯、氨水、聚丙二醇縮水甘油醚制成，其中氧化石墨烯和所述聚丙二醇縮水甘油醚的質(zhì)量比為90:2-4，所述氨水的質(zhì)量濃度為30％。

作為優(yōu)選，所述納米二氧化鈦平均粒徑20-100納米。

作為優(yōu)選，所述交聯(lián)劑為過氧化苯甲酰和四烴基丙烯酸丁酯中的一種。

作為優(yōu)選，所述的穩(wěn)定劑為穩(wěn)定劑1096、168等一種或兩種復(fù)配。

作為優(yōu)選，所述增韌劑為丙基三甲氧基硅烷。

本發(fā)明一種高強度石墨烯3d打印材料的具體制備方法如下：

s1：按比例將改性石墨烯、納米二氧化鈦、納米碳酸鈣、聚乳酸、環(huán)氧丙烯酸酯、增韌劑及穩(wěn)定劑充分干燥后手動混合均勻；

s2：將s1得到的混合料在溫度為-90-110℃下粉碎，加入交聯(lián)劑混合均勻，將混合均勻混合物放入螺桿擠壓成型機中，在溫度150-200℃，轉(zhuǎn)速為100-120r/min下，經(jīng)擠壓絲條，制得石墨烯3d打印材料。

本發(fā)明具有以下的有益效果：

(1)本發(fā)明制成的石墨烯3d打印材料能快速成型，具有高強度、高拉伸強度的特點，通過3d打印技術(shù)打印出來的產(chǎn)品高抗沖、高強度。

(2)本發(fā)明制備的具有高強度、高拉伸強度的石墨烯3d打印材料成本低，且對環(huán)境友好，在產(chǎn)品成型以后及后期使用過程中對人的健康不會產(chǎn)生影響。

具體實施方式

為便于更好地理解本發(fā)明，通過以下實施例加以說明，這些實施例屬于本發(fā)明的保護范圍，但不限制本發(fā)明的保護范圍。

在實施例中，所述具有高強度的石墨烯3d打印材料，以重量份為單位，包括以下原料：改性石墨烯8-25份，納米二氧化鈦3-15份，納米碳酸鈣2-10份，聚乳酸35-39份，環(huán)氧丙烯酸酯18-23份，交聯(lián)劑2-10份，穩(wěn)定劑0.5-1份，增韌劑0.5-1.2份。

所述的改性石墨烯由氧化石墨烯、氨水、聚丙二醇縮水甘油醚制成，其中氧化石墨烯和所述聚丙二醇縮水甘油醚的質(zhì)量比為90:2-4，最佳比例為90：3，所述氨水的質(zhì)量濃度,27-32％。具體的，在本發(fā)明實施例中，所述改性石墨烯作為石墨烯3d打印材料的基體材料，具有尤其的力學(xué)性能，因此能夠賦予3d打印材料優(yōu)異的機械強度。但是，石墨烯難以與其他材料，特別是聚乳酸和環(huán)氧丙烯酸酯進行復(fù)合使用。因此本發(fā)明實施例提供的石墨烯為改性石墨烯，通過聚丙二醇縮水甘油醚的處理，所述聚丙二醇縮水甘油醚包覆在所述石墨烯表面，從而形成與聚乳酸和環(huán)氧丙烯酸酯具有較好反應(yīng)能力的改性石墨烯，本發(fā)明實施例中，經(jīng)過氨水、聚丙二醇縮水甘油醚處理后得到的改性石墨烯，不僅有利于石墨烯與其他材料之間的相容性，而且，改善了石墨烯的強度，進而提高產(chǎn)品性能。

需要說明的是，所述氨水質(zhì)量濃度為27-32％，若氨水濃度過高，則對石墨烯還原程度過大，不利于與所述聚丙二醇縮水甘油醚結(jié)合，聚丙二醇縮水甘油醚對石墨烯包覆能力差；若氨水濃度過低，對石墨烯還原程度不夠，使改性后的石墨烯與聚乳酸和環(huán)氧丙烯酸酯的結(jié)合能力差，進而會降低石墨烯3d打印材料的穩(wěn)定性。

在本發(fā)明中，所述的交聯(lián)劑是指那些能在線型分子間起架橋作用，從而使多個線型分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，具體而言是那些促進或調(diào)節(jié)聚合物分子鏈間共價鍵或離子鍵形成的物質(zhì)。所述交聯(lián)劑包括但不限于：過氧化苯甲?；蛩臒N基丙烯酸丁酯中的一種或兩種復(fù)配，如過氧化苯甲?；蛩臒N基丙烯酸丁酯復(fù)配使用，則過氧化苯甲酰和四烴基丙烯酸丁酯的比例優(yōu)選20:6，本發(fā)明所述的穩(wěn)定劑是指那些能增加溶液、膠體、固體、混合物的穩(wěn)定性能的化學(xué)物質(zhì)，優(yōu)選為復(fù)合熱穩(wěn)定劑，由穩(wěn)定劑1096、168等一種或兩種復(fù)配，總添加量為混合物總量的0.5-1份。

同時本發(fā)明中的納米碳酸鈣以及納米二氧化鈦，起到剛性離子增強、增韌的作用，機理類似混凝土中的砂子與碎石。納米二氧化鈦平均粒徑20-100納米，最佳粒徑為50-80納米。納米碳酸鈣的平均粒徑為500-9000納米。納米碳酸鈣以及納米二氧化鈦互相配合，增強了該新型3d打印材料的強度，使得本發(fā)明制備的石墨烯3d打印材料具有高強度的特點。

實施例1

在實施例中，所述具有高強度的石墨烯3d打印材料，以重量份為單位，包括以下原料：改性石墨烯20份、納米二氧化硅10份、納米碳酸鈣5份、聚乳酸35份、環(huán)氧丙烯酸酯20份、過氧化苯甲酰8份、穩(wěn)定劑10960.9份、增韌劑1.1份。

改性石墨烯由石墨烯、氨水、聚丙二醇縮水甘油醚制成，其中氧化石墨烯和所述聚丙二醇縮水甘油醚的質(zhì)量比為90:3,氨水濃度為30％。

本實施例制備高強度石墨烯3d打印材料的具體方法如下：

s1：將上述重量份的改性石墨烯、納米二氧化鈦、納米碳酸鈣、聚乳酸、環(huán)氧丙烯酸酯、增韌劑及穩(wěn)定劑充分干燥后手動混合均勻；

s2：將s1得到的混合料在溫度為-90-110℃下粉碎，加入8份交聯(lián)劑混合均勻，將混合均勻混合物放入螺桿擠壓成型機中，在溫度150-200℃，轉(zhuǎn)速為100-120r/min下，經(jīng)擠壓絲條，制得石墨烯3d打印材料。

實施例2

在實施例中，所述具有高強度的石墨烯3d打印材料，以重量份為單位，包括以下原料：改性石墨烯18份、納米二氧化硅12份、納米碳酸鈣8份、聚乳酸38份、環(huán)氧丙烯酸酯17份、四烴基丙烯酸丁酯5份、穩(wěn)定劑1680.8份、增韌劑1.2份。

改性石墨烯由石墨烯、氨水、聚丙二醇縮水甘油醚制成，其中氧化石墨烯和所述聚丙二醇縮水甘油醚的質(zhì)量比為90:3,氨水濃度為28％。

石墨烯3d打印材料制備方法和實施例1相同。

上述各實施例中制備得到的石墨烯3d打印材料的測試結(jié)果如下：

由上表可知，由本發(fā)明制備的石墨烯3d打印材料具有高拉伸強度、斷裂伸長率及高缺口沖擊強度，通過3d打印出來的產(chǎn)品高質(zhì)量、高強度、高抗沖。

以上內(nèi)容不能認(rèn)定本發(fā)明具體實施只局限于這些說明，對于本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護范圍。