一種利用雙螺桿擠出機制備導電3d打印耗材的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印耗材技術領域，特別涉及一種利用雙螺桿擠出機制備導電3D打印耗材的方法。
【背景技術】
[0002]與傳統(tǒng)材料加工方法不同，增材制造主要基于三維CAD模型數據，通過增加材料、逐層制造方式，直接制造出與相應數學模型完全一致的三維物理實體，俗稱“三維打印”或者“3D打印”。由于可以自動、直接、快速、精確地將設計思想轉變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?，從而為零件原型制作、新設計思想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現手段，3D打印在電子產品、汽車、航天航空、醫(yī)療、軍工、地理信息及藝術設計等領域被廣泛應用，可制造傳統(tǒng)方法難加工(如自由曲面葉片、復雜內流道等)、甚至是無法加工(如內部鏤空結構)的零部件等。但是，3D打印技術要進一步擴展其產業(yè)應用空間仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，除了打印成本、精度、速度和效率以及產業(yè)環(huán)境等方面的問題外，打印材料方面的問題被認為是其進一步普及應用的瓶頸。
[0003]3D打印的材料成型方法一般包括粘結劑噴射成型、光敏聚合物固化成型、材料擠出成型(又稱熔融沉積制造，FDM)、激光粉末燒結成型、定向能沉積成型等。FDM是3D打印消費市場最常用的打印方法，其設備結構簡單，價格低廉，是最為常見的3D打印設備。常用的3D打印成型材料多采用聚合物，包括ABS、PLA、PC、PVA、尼龍等。由于化學聚合物的物理特性所限，塑料3D打印件常常無法直接作為機械零件或者功能性器件。納米復合技術能夠有效地提高3D打印材料的性能，不僅能夠有效地提高塑料的力學性能、熱穩(wěn)定性和阻燃安全性能，使之可直接用于機械零件，同時還能賦予其一定的功能性，如導熱、防滲、防靜電、導電、電磁屏蔽、電磁波吸收等。
[0004]添加納米導電材料，如超細碳粉、納米金屬粉、碳納米管及石墨烯等，可以顯著改變熱塑性樹脂的導電性。美國3D打印技術公司Graphene3DLab報道了一種石墨稀/PLA導電耗材，其體積電阻率為1Ω.cm，直徑1.75 mm。又如，美國的Funct1nalize公司制造了一種碳納米管/PLA導電耗材，其體積電阻率為0.75 Ω.cm，直徑有1.75 mm和3.0 mm兩種。America Instrument公司也提供一種導電ABS耗材，直徑分為1.75 mm和3.0 mm兩種。國內目前尚未見導電耗材產品。比較可知，具有大長徑比的碳納米管比二維片狀的石墨烯對PLA導電性改善的效果更好。
[0005]但是，制備導電打印耗材所需納米導電劑的添加量往往較大，會使材料變脆，延展性變差。此外，納米導電材料本身價格較高，因此也增加了打印耗材的制造成本。目前，尚未見能夠兼顧復合材料導電特性和力學性能解決方案。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種利用雙螺桿擠出機制備導電3D打印耗材的方法。
[0007]具體步驟為: (I)將多壁碳納米管分散于丙酮中，混合均勻成油墨狀，制得多壁碳納米管丙酮分散液，其濃度通過碳納米管與丙酮的添加比例控制。
[0008](2)將熱塑性樹脂顆粒加入密閉的攪拌罐中，在攪拌過程中將步驟(I)制得的多壁碳納米管丙酮分散液均勻地噴灑在熱塑性樹脂顆粒表面，分散液噴灑完畢后，再繼續(xù)攪拌10 min，由于丙酮能夠溶脹熱塑性樹脂，使熱塑性樹脂顆粒表面變粘，攪拌后多壁碳納米管均勻地粘附于熱塑性樹脂顆粒的表面，制得涂有多壁碳納米管分散液的熱塑性樹脂顆粒。
[0009](3)將步驟(2)制得的涂有多壁碳納米管分散液的熱塑性樹脂顆粒，放入恒溫干燥箱于60?80°C下干燥2?6 h，然后直接加入雙螺桿擠出機的料倉，開啟雙螺桿擠出機，根據熱塑性樹脂的成分控制加熱溫度、雙螺桿速度和進/出料口壓力，以便連續(xù)均勻擠出復合物，擠出的復合物經冷卻后，由纏繞機收集，通過調整牽引力和牽引速度將擠出物直徑控制在
1.75_或3.0mm，所得的擠出物即為導電3D打印耗材。
[0010]所述熱塑性樹脂為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚或聚砜。
[0011]本發(fā)明方法操作簡單，通過制備多壁碳納米管/熱塑性樹脂核殼復合物顆粒，能夠有效降低導電熱塑性樹脂所需碳納米管用量，防止樹脂變脆，降低材料成本，且所制得的導電3D打印耗材兼具良好的導電性和力學性能。
【具體實施方式】
[0012]實施例:
(I)稱取4g多壁碳納米管置于100 ml燒杯中，添加50 ml丙酮，邊添加邊攪拌，混合均勻成油墨狀，制得多壁碳納米管丙酮分散液。
[0013](2)稱取96g丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)顆粒加入密閉的攪拌罐中，在攪拌過程中將步驟(I)制得的多壁碳納米管丙酮分散液均勻地噴灑在ABS顆粒表面，分散液噴灑完畢后，再繼續(xù)攪拌10 min，制得涂有多壁碳納米管分散液的ABS顆粒。
[0014](3)將步驟(2)制得的涂有多壁碳納米管分散液的ABS顆粒，放入恒溫干燥箱于80°C下干燥5 h，然后直接加入雙螺桿擠出機的料倉，開啟雙螺桿擠出機，控制加熱溫度入口段190°C，出口處225°C，雙螺桿速度20 r/min，進料口壓力:40?60 MPa,出料口壓力20?55MPa，擠出的復合物經冷卻后，由纏繞機收集，通過調整牽引力和牽引速度將擠出物直徑控制在1.7 5_，所得的擠出物即為導電3D打印耗材。
[0015]將本實施例制得的導電3D打印耗材采用四電極法進行測量，其電阻率為9.12Ω.cm，且仍保持較好柔韌性，力學性能較原料ABS擠出絲無明顯變化。
【主權項】
1.一種利用雙螺桿擠出機制備導電3D打印耗材的方法，其特征在于具體步驟為: (1)將多壁碳納米管分散于丙酮中，混合均勻成油墨狀，制得多壁碳納米管丙酮分散液，其濃度通過碳納米管與丙酮的添加比例控制； (2)將熱塑性樹脂顆粒加入密閉的攪拌罐中，在攪拌過程中將步驟(I)制得的多壁碳納米管丙酮分散液均勻地噴灑在熱塑性樹脂顆粒表面，分散液噴灑完畢后，再繼續(xù)攪拌10min，由于丙酮能夠溶脹熱塑性樹脂，使熱塑性樹脂顆粒表面變粘，攪拌后多壁碳納米管均勻地粘附于熱塑性樹脂顆粒的表面，制得涂有多壁碳納米管分散液的熱塑性樹脂顆粒； (3)將步驟(2)制得的涂有多壁碳納米管分散液的熱塑性樹脂顆粒，放入恒溫干燥箱于60?80°C下干燥2?6 h，然后直接加入雙螺桿擠出機的料倉，開啟雙螺桿擠出機，根據熱塑性樹脂的成分控制加熱溫度、雙螺桿速度和進/出料口壓力，以便連續(xù)均勻擠出復合物，擠出的復合物經冷卻后，由纏繞機收集，通過調整牽引力和牽引速度將擠出物直徑控制在1.75_或3.0mm，所得的擠出物即為導電3D打印耗材； 所述熱塑性樹脂為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乳酸、PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PA-聚酰胺、POM-聚甲醛、PC-聚碳酸酯、聚苯醚或聚砜。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用雙螺桿擠出機制備導電3D打印耗材的方法。將多壁碳納米管分散于丙酮中，混合均勻成油墨狀。將熱塑性樹脂顆粒加入攪拌罐中，在攪拌過程中將多壁碳納米管丙酮分散液均勻地噴灑在樹脂顆粒表面后，再繼續(xù)攪拌。將涂有多壁碳納米管分散液的熱塑性樹脂顆粒取出，放入恒溫干燥箱。干燥溫度為60~80℃、干燥時間為2~6h。干燥后的多壁碳納米管/樹脂復合顆粒直接加入雙螺桿擠出機的料倉，連續(xù)均勻擠出，并通過調整牽引力和牽引速度將擠出物直徑控制在1.75mm或3.0mm，最終制得導電3D打印耗材。本發(fā)明方法操作簡單，且所得導電3D打印耗材兼具良好的導電和力學性能。
【IPC分類】C08L25/06, C08L59/00, C08L71/12, C08L69/00, C08L67/04, C08L81/06, C08L27/06, C08L77/00, C08K7/24, C08L55/02, C08L23/06
【公開號】CN105542377
【申請?zhí)枴緾N201510951313
【發(fā)明人】羅鯤, 諸葛祥群, 郭珺, 羅志虹, 楊超, 徐旭
【申請人】桂林理工大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月19日