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CN107841101A - 一种3d打印木塑复合材料 - Google Patents

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刘刚
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Abstract

本发明公开了一种3D打印木塑复合材料，包括如下重量份的组分：PLA 60‑80份,木粉5‑15份，增韧剂5‑10份，偶联剂1‑5份，润滑剂1‑5份，分散剂1‑5份；本发明制备的3D打印材料具备木质品的外观和木塑材料的加工特性，适用范围广，为3D打印提供了更为多样环保的材料。

Description

一种3D打印木塑复合材料
技术领域
本发明属于3D打印材料领域，涉及一种绿色环保的3D打印木塑复合材料。
背景技术
3D打印技术是最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破。是机械工程、计算机技术、数控技术、材料科学等多学科技术的集成。3D打印最难最核心的技术是打印材料的开发。因此开发更为多样多功能的3D打印材料成为未来研究与应用的热点与关键。本发明的3D打印材料是一种新材料，兼具木材和塑料的性能，为3D打印提供了更多的材料方面的选择。
目前，市场上该技术常用的聚合物材料为聚乳酸（PLA），丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS），尼龙（PA），聚苯砜（PPSF）和聚碳酸酯（PC）等。FDM要求材料具有较低的冷凝收缩率、较陡的粘温曲线和较高的强度、刚度、热稳定性等。聚乳酸（PLA）的优点是具有无毒，无刺鼻性气味，熔融温度较低，可降解无污染，冷却收缩率小，透明容易染色等，这些特性均符合3D打印技术对聚合物材料的要求；但聚乳酸也存在结晶度较小、分子链中酯键键能小，容易断裂的因素造成聚乳酸的热变形温度低、冲击强度低、韧性不好等缺陷，这导致由聚乳酸打印出来的产品应用范围受到很大的限制。
木粉/PLA复合材料使得其兼具木材和塑料的双重特性，木粉的加入进一步降低了PLA的冷凝收缩率，且打印出来的物品具有木质感，更具亲近感。通过加入增韧剂、偶联剂等助剂，能够提高本发明木塑复合材料的综合力学性能，使得改性后的PLA复合材料更适于用作3D打印材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可3D打印的木塑复合材料及其制备方法。利用PLA与木粉,小分子交联剂，增韧剂及其它组分按不同配比进行熔融共混，以实现交联，增韧及增强等改性，最后得到可用于3D打印的木塑复合材料。
为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：
（1）一种可3D打印用的木塑复合材料，由下述重量份的组分组成：PLA 60-80份,木粉5-15份，增韧剂5-10份，偶联剂1-5份，润滑剂1-5份，分散剂1-5份。
（2）所述增韧剂选用POE、丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物中的一种；所述偶联剂选用钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂中的一种；所述润滑剂选用石蜡、PP蜡、PE蜡中的一种；所述分散剂选用EBS。
本发明的优点在于：
（1）本发明使用木粉填充PLA，制成木塑复合材料，使得制品具有木质感，更具亲近感，能部分降解，更加低碳环保。
（2）本发明的木塑复合材料具有很好的韧性，通过3D打印技术打印出来的产品尺寸稳定。
具体实施方式
本发明所阐述的是一种可3D打印用的木塑复合材料，以下通过具体实施例进一步进行说明，但本发明不仅限于以下实施例。
实施例一
(1) 一种3D打印木塑复合材料，包括如下重量份的组分：PLA 65份，木粉 15份，增韧剂10份，偶联剂5份，润滑剂5份，分散剂5份。
(2) 本发明中，所述的偶联剂是指那些能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质，具体而言是那些促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。本发明可选的偶联剂包括但不限于：钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂中的一种。
(3) 本发明所述的增韧剂为丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物。
(4) 本发明所述润滑剂选用石蜡、PP蜡、PE蜡中的一种。
(5) 本发明所述分散剂选用EBS。
(6) 将上述混合均匀的实验料通过3D打印耗材生产线进行挤出，得到适用于3D打印的木塑复合材料，其中挤出机的10段温度依次为155℃、160℃、160℃、160℃、165℃、165℃、170℃、170℃、175℃、180℃。螺杆转速为115r/min,喂料速度为4.5 r/min。
实施例二
(1) 一种3D打印木塑复合材料，包括如下重量份的组分：PLA 75份，木粉 5份，增韧剂5份，偶联剂2份，润滑剂2份，分散剂2份。
(2) 本发明中，所述的偶联剂是指那些能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质，具体而言是那些促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。本发明可选的偶联剂包括但不限于：钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂中的一种。
(3) 本发明所述的增韧剂为丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物。
(4) 本发明所述润滑剂选用石蜡、PP蜡、PE蜡中的一种。
(5) 本发明所述分散剂选用EBS。
(6) 将上述混合均匀的实验料通过3D打印耗材生产线进行挤出，得到适用于3D打印的木塑复合材料，其中挤出机的10段温度依次为150℃、160℃、170℃、170℃、170℃、170℃、173℃、173℃、180℃、180℃。螺杆转速为120r/min,喂料速度为4.5 r/min。
上述实施例中制备得到的木塑复合材料的性能测试结果如下：
材料种类 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 缺口冲击强度/(J/m2) 熔指/(g/min)
实施例1 79 4.7 3.4 11.4
实施例2 85 4.9 3.8 11.9

Claims (9)

1.一种适合于3D打印的木塑复合材料，由下述重量份的组分组成：PLA 60-80份,木粉5-15份，增韧剂5-10份，偶联剂1-5份，润滑剂1-5份，分散剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述PLA为2002D，2003D,4032D中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述木粉粒径为600-800目。
4.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述增韧剂选用POE、丁二烯/丙烯酸丁酯嵌段共聚物中的一种。
5.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述偶联剂选用钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂中的一种。
6.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述润滑剂选用石蜡、PP蜡、PE蜡中的一种。
7.根据权利要求1所述的木塑复合材料，其特征在于所述分散剂选用EBS。
8.根据权利要求1所述的木塑复合材料，包括如下步骤：
1)按比例将PLA、木粉、增韧剂、偶联剂、润滑剂、分散剂充分干燥后用高混机混合均匀；
2)将步骤1)得到的混合料加入到双螺杆挤出机中挤出，挤出物经空气冷却后，利用收卷机进行收卷。
9.如权利要求8所述的方法，步骤2的双螺杆挤出机有10个控温区域，温度依次为150-170℃、150-170℃、170-180℃、170-180℃、170-185℃、170-190℃、170-190℃、170-190℃、175-190℃、180-190℃，螺杆转速为100~120r/min,喂料速度为4.5~6.5 r/min。
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