具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明的一个方面提供了一种连续碳纤维增强PPS打印线材的制备方法，其包括：将92-98重量份聚苯硫醚母粒与1-5重量份增韧剂及1-3重量份抗氧化剂混合后加热形成熔融态聚苯硫醚材料，并使碳纤维原丝连续通过所述熔融态聚苯硫醚材料，从而使碳纤维原丝表面包覆聚苯硫醚材料形成连续线材初成品，之后使所述连续线材初成品连续通过辊压器、至少一拉丝模，每一拉丝模均被设于一加热区内，直至收卷获得连续碳纤维增强PPS打印线材。

在一些实施方式中，所述的制备方法具体包括：将所述聚苯硫醚母粒与增韧剂及抗氧化剂混合后进行单螺杆挤出，并设置挤出温度为290℃-320℃、挤出速度为1-10cm/s，从形成所述熔融态塑料材料。

在一些实施方式中，所述的制备方法还包括：在熔融态聚苯硫醚材料中添加入硅烷偶联剂，且硅烷偶联剂的用量为熔融态聚苯硫醚材料质量的0.1wt％-0.3wt％。

所述硅烷偶联剂包括但不限于γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或两种以上的组合。

在一些实施方式中，所述辊压器的间隙设置为20-40μm。

在一些实施方式中，所述拉丝模和加热区均为多个并沿连续线材初成品行进方向依次设置，且多个所述拉丝模的孔径沿连续线材初成品行进方向逐渐减小，其中最后一个加热区的温度高于第一个加热区的温度。

当然，多个拉丝模也可以被置于一个连续的加热区内，该加热区内对应于各拉丝模的位置处的温度不同，且总体来说温度是沿连续线材初成品行进方向降低。

在一些实施方式中，所述拉丝模的孔径为400-1000μm。

在一些实施方式中，所述拉丝模包括锥形拉丝模。

在一些实施方式中，所述加热区的温度为310-320℃。

在本发明中，通过交替设置多个不同温度的加热区和不同孔径的拉丝模，可以使PPS在碳纤维表面包裹更为全面均匀无死角，并可以使PPS在被反复熔融和被反复挤压的情况下能深入碳纤维内部，进而使最终获得的3D打印线材产品更为圆润且表面光滑，在3D打印过程中利于打印机送丝，同时还具有抗拉强度大(≥1200MPa)及杨氏模量高(≥60GPa)等优异力学性能。

在一些实施方式中，所述的制备方法具体包括：使所述连续线材初成品通过辊压器后，再依次通过第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模，所述第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模分别被设于第一加热区、第二加热区、第三加热区内，之后收卷获得连续碳纤维增强PPS打印线材。

进一步的，所述第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模均为锥形拉丝模，所述第一拉丝模两端的孔径分别为1000-800μm、800-500μm，所述第二拉丝模两端的孔径分别为800-500μm、500-450μm，所述第三拉丝模两端的孔径分别为500-450μm、400μm以下；所述第一加热区、第二加热区、第三加热区的温度分别为310℃、310℃、320℃。

在一些实施方式中，所述的制备方法还包括：对所述连续碳纤维增强PPS打印线材的直径进行检测。

其中，优选采用非接触方式(例如激光测径器等)对所述连续碳纤维增强PPS打印线材的直径进行检测。

进一步的，所述连续碳纤维增强PPS打印线材的收卷速度为1-10m/s。

进一步的，所述增韧剂包括SBS、SEBS、POE、TPO、TPV等，且不限于此。

进一步的，所述抗氧化剂包括抗氧化剂1010、1076、BHT、DSTDP等，且不限于此。

本发明的另一个方面提供了由所述方法制备的连续碳纤维增强PPS打印线材。

本发明的另一个方面提供了一种连续碳纤维增强PPS打印线材的制备系统，其可以应用于所述连续碳纤维增强PPS打印线材的制备方法中。所述制备系统包括：放卷机构、塑料供给机构、辊压器、至少一拉丝模、至少一加热区和收卷机构，每一拉丝模均被设于相应的一加热区内；

所述放卷机构用于连续提供碳纤维原丝；

所述塑料供给机构用于提供熔融态聚苯硫醚材料；

所述收卷机构至少用于：

牵引所述碳纤维原丝连续通过所述熔融态聚苯硫醚材料，从而使碳纤维原丝表面包覆聚苯硫醚材料形成连续线材初成品，

牵引所述连续线材初成品连续通过所述辊压器、至少一拉丝模形成连续碳纤维增强PPS打印线材，以及

收卷所述连续碳纤维增强PPS打印线材。

在一些实施方式中，所述塑料供给机构包括单螺杆挤出机，且所述单螺杆挤出机的挤出温度、挤出速度分别被设置为290℃-320℃、1-10cm/s。

在一些实施方式中，所述辊压器的间隙被设置为20-40μm。

在一些实施方式中，所述制备系统包括沿连续线材初成品行进方向依次设置的第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模，所述第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模分别被设于第一加热区、第二加热区、第三加热区内。所述第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模均为锥形拉丝模，所述第一拉丝模两端的孔径分别为1000-800μm、800-500μm，所述第二拉丝模两端的孔径分别为800-500μm、500-450μm，所述第三拉丝模两端的孔径分别为500-450μm、400μm以下。所述第一加热区、第二加热区、第三加热区的温度分别为310℃、310℃、320℃。

在一些实施方式中，所述制备系统还包括直径检测机构(例如激光测径器等)，用于对所述连续碳纤维增强PPS打印线材的直径进行检测。所述直径检测机构可以被设置于收卷机构和最后一个拉丝模之间。

在一些实施方式中，所述收卷机构收卷连续碳纤维增强PPS打印线材的速度被设置为1-10m/s。

进一步的，所述制备系统的大部分甚至所有组件可以集成设置于一个设备内，也可以分立设置，但优选采用前一种方案。

本发明的另一个方面提供了一种3D打印方法，其包括：提供具有至少两个打印喷嘴的打印机，并以其中的一个打印喷嘴打印聚苯硫醚打印线材，另一个打印喷嘴打印所述的连续碳纤维增强PPS打印线材，并依据实际需求设置各打印喷嘴的工作参数，从而制得所需的3D打印工件。

本发明的另一个方面提供了一种3D打印设备，其包括控制机构和与控制机构连接的至少两个打印喷嘴控制机构，其中的一个打印喷嘴用于打印聚苯硫醚打印线材，另一个打印喷嘴用于打印所述的连续碳纤维增强PPS打印线材，所述控制机构用于依据实际需求调整各打印喷嘴的工作参数。

进一步的，所述3D打印设备可以基于FDM打印原理设计，在利用其打印3D工件过程中，可以进行拓扑优化，从而打印出高强度的碳纤维增强PPS零件。

以下将结合若干较为典型的施力对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1：请参阅图1所示，该实施例提供了一种连续碳纤维增强PPS打印线材(如下简称3D打印线材)的制备系统，包括：放卷机构、单螺杆挤出机、辊压器、锥形拉丝模、加热区、激光测径器和收卷机构。进一步的，前述锥形拉丝模、加热区均为多个，其包括沿所述3D打印线材的初成品的行进方向依次设置的第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模，所述第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模分别被设于第一加热区、第二加热区、第三加热区内。所述第一拉丝模两端的孔径分别为1000μm、500μm，所述第二拉丝模两端的孔径分别为500μm、450μm，所述第三拉丝模两端的孔径分别为450μm、400μm。所述第一加热区、第二加热区、第三加热区的温度分别为310℃、310℃、320℃。

请继续参阅图1，该实施例还提供了一种利用所述系统制备所述3D打印线材的方法，其包括：

以放卷机构连续提供碳纤维原丝(东丽T300，1K碳纤维)；

将98重量份聚苯硫醚母粒与1重量份增韧剂POE及1重量份抗氧化剂1010混合后加入到单螺杆挤出机，设置挤出温度为290℃，挤出速度为5cm/s，形成熔融态聚苯硫醚材料；

通过收卷机构的牵引作用，使碳纤维原丝连续通过所述熔融态聚苯硫醚材料，从而使碳纤维原丝表面包覆聚苯硫醚材料形成连续线材初成品，之后使所述连续线材初成品连续通过辊压器，所述辊压器的间隙被设置为20μm；

使经过所述辊压器辊压处理后的连续线材初成品在收卷机构的牵引作用下依次通过第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模，从形成所述3D打印线材，再以激光测径器测量所述3D打印线材的直径，最后以收卷机构将所述3D打印线材收卷，收卷速度被设置为8m/s。本实施例制备的3D打印线材圆润，表面光滑。其中一个样品的截面形貌如图2所示。同一批次制备的5个样品的拉伸强度测试结果如图3所示。

该实施例中可以利用一种3D打印设备进行3D打印，该设备包括控制机构和与控制机构连接的至少两个打印喷嘴控制机构，其中的一个打印喷嘴用于打印聚苯硫醚打印线材，另一个打印喷嘴用于打印所述的连续碳纤维增强PPS打印线材，所述控制机构用于依据实际需求调整各打印喷嘴的工作参数。在实际生产中，可以依据所需的3D打印工件的性能指标，设置各打印喷嘴的工作参数，使两个打印喷嘴同时工作或者交替工作。

对比例1：该对比例提供的3D打印线材制备系统与实施例1基本相同，区别在于：在辊压器与收卷机构之间仅设置有一个孔径为400μm的锥形拉丝模，且无加热区。

该对比例提供的3D打印线材制备方法也与实施例1基本相同，区别在于：使经过所述辊压器辊压处理后的连续线材初成品在收卷机构的牵引作用下通过该孔径为400μm的锥形拉丝模，从形成3D打印线材，该线材截面不圆润，表面也较粗糙，在3D打印过程中打印机送丝过程较困难，在力学性能等方面也明显逊于实施例1的产品。

实施例2：该实施例提供的一种连续碳纤维增强PPS打印线材的制备系统与实施例1基本相同，区别在于：辊压器的间隙被设置为40μm；第一拉丝模两端的孔径分别为800μm、500μm，第二拉丝模两端的孔径分别为500μm、450μm，第三拉丝模两端的孔径分别为450μm、400μm。

相应的一种3D打印线材制备方法包括：

以放卷机构连续提供碳纤维原丝；

将92重量份聚苯硫醚母粒与5重量份增韧剂TPO及3重量份抗氧化剂DSTDP混合后加入到单螺杆挤出机，设置挤出温度为290℃，挤出速度为1cm/s，形成熔融态聚苯硫醚材料；

通过收卷机构的牵引作用，使碳纤维原丝连续通过所述熔融态聚苯硫醚材料，从而使碳纤维原丝表面包覆聚苯硫醚材料形成连续线材初成品，之后使所述连续线材初成品连续通过辊压器；

使经过所述辊压器辊压处理后的连续线材初成品在收卷机构的牵引作用下依次通过第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模，从形成所述3D打印线材，再以激光测径器测量所述3D打印线材的直径，最后以收卷机构将所述3D打印线材收卷，收卷速度被设置为1m/s。本实施例制备的3D打印线材圆润，表面光滑。其中同一批次制备的4个样品的拉伸强度测试结果如图4所示。

实施例3：该实施例提供的3D打印线材制备方法是基于实施例1的制备系统实施的，并且所述制备方法包括：

以放卷机构连续提供碳纤维原丝；

将95重量份聚苯硫醚母粒与3重量份增韧剂及2重量份抗氧化剂混合后加入到单螺杆挤出机，设置挤出温度为290℃，挤出速度为10cm/s，形成熔融态聚苯硫醚材料；

通过收卷机构的牵引作用，使碳纤维原丝连续通过所述熔融态聚苯硫醚材料，从而使碳纤维原丝表面包覆聚苯硫醚材料形成连续线材初成品，之后使所述连续线材初成品连续通过辊压器，所述辊压器的间隙被设置为30μm；

使经过所述辊压器辊压处理后的连续线材初成品在收卷机构的牵引作用下依次通过第一拉丝模、第二拉丝模、第三拉丝模，从形成所述3D打印线材，再以激光测径器测量所述3D打印线材的直径，最后以收卷机构将所述3D打印线材收卷，收卷速度被设置为10m/s。本实施例制备的3D打印线材圆润，表面光滑。其中同一批次制备的5个样品的拉伸强度测试结果如图5所示。

实施例4：该实施例提供的3D打印线材制备方法与实施例1基本相同，区别在于：在获得熔融态聚苯硫醚材料之后，还在其中添加了0.1wt％的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，之后使碳纤维原丝连续通过所述熔融态聚苯硫醚材料。该实施例获得的3D打印线材产品在抗拉强度等方面比实施例1产品有显著提升。

实施例5：该实施例提供的3D打印线材制备方法与实施例1基本相同，区别在于：在获得熔融态聚苯硫醚材料之后，还在其中添加了0.3wt％的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，之后使碳纤维原丝连续通过所述熔融态聚苯硫醚材料。该实施例获得的3D打印线材产品在抗拉强度等方面比实施例1产品有显著提升。

实施例6：该实施例提供的3D打印线材制备方法与实施例1基本相同，区别在于：在获得熔融态聚苯硫醚材料之后，还在其中添加了0.2wt％的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，之后使碳纤维原丝连续通过所述熔融态聚苯硫醚材料。该实施例获得的3D打印线材产品在抗拉强度等方面比实施例1产品有显著提升。

应当理解，以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。