阅读说明：本技术 一种高分子陶瓷复合3d打印材料及其制备方法 (Polymer ceramic composite 3D printing material and preparation method thereof ) 是由 张长松 张雷 张耀鹏 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高分子陶瓷复合3D打印材料,其特征在于,包括如下重量份的原料：陶瓷粉75-85、热塑性塑料粉末10-30、界面改性剂0.05-0.5、偶联剂0.05-0.5,粘接剂0.02-0.1。本发明还提供了其制备方法：将所述陶瓷粉置入高速分散机,常使所述陶瓷粉发生碰撞摩擦至表面凹陷,均相于水蒸汽环境中加入改性剂等,喷雾干燥后得3D打印材料。本发明中陶瓷粉在高速分散机碰撞后产生表面凹陷,增加了对助剂的吸附力；制备的产品,内应力小,力学性能高,表面光洁度好。(The invention provides a polymer ceramic composite 3D printing material which is characterized by comprising the following raw materials in parts by weight: 75-85 parts of ceramic powder, 10-30 parts of thermoplastic powder, 0.05-0.5 part of interface modifier, 0.05-0.5 part of coupling agent and 0.02-0.1 part of adhesive. The invention also provides a preparation method thereof: and (3) putting the ceramic powder into a high-speed dispersion machine, usually enabling the ceramic powder to collide and rub until the surface is sunken, adding a modifier and the like into a water vapor environment, and performing spray drying to obtain the 3D printing material. According to the invention, the ceramic powder generates surface depression after collision of the high-speed dispersion machine, so that the adsorption force on the auxiliary agent is increased; the prepared product has small internal stress, high mechanical property and good surface smoothness.)

一种高分子陶瓷复合3D打印材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及3D耗材制造领域，具体而言涉及一种高分子陶瓷复合3D打印材料及其制备方法。

背景技术

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、***以及其他领域都有所应用。

日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。

陶瓷是中华文明发展的历史见证，从古至今，在餐具和艺术装饰品扮演着重要的角色。陶瓷件都是通过炉窑烧结完成制造，并且由于对陶瓷自身其他功能开发的不必要性，我国在陶瓷原料品种的选择上都比较单一传统。3D打印的出现及对陶瓷功能性的挖掘，使得陶瓷材料从配方上和工艺上都需要更新。

发明内容

鉴于以上，本发明提供了一种高分子陶瓷复合3D打印材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种高分子陶瓷复合3D打印材料,包括如下重量份的原料：陶瓷粉75-85、热塑性塑料粉末10-30、界面改性剂0.05-0.5、偶联剂0.05-0.5，粘接剂0.02-0.1；所述陶瓷粉包括石英粉、碳酸钙、叶腊石粉、云母、滑石粉、硫酸钙晶须、蒙脱土和二氧化硅中的一种或几种，所述热塑性塑料包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫酸酯、聚丙交酯、聚碳酸酯、乙烯醋酸乙烯酯一种或者几种。

优选的，界面改性剂为羧化聚醚界面改性剂。

优选的，偶联剂为硅烷改性剂，包括：乙烯基三乙酰基硅烷、丁二烯基三乙氧基硅烷。

优选的，粘结剂为硅溶胶、偏磷酸铝溶液、聚乙烯醇溶液一种或几种。

优选的，陶瓷粉和热塑性塑料粉末的粒径均＜100μm。

上述打印材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将所述陶瓷粉置入高速分散机，常压加工温度100-110℃，转速8000-10000rpm，高速分散10-20min，使所述陶瓷粉发生碰撞摩擦至表面凹陷；

S2、将水蒸气通入到上述高速分散机，机内温度80-220℃，控制压强为200-400Pa，转速6000-8000 rpm，将陶瓷粉末均相于水蒸气环境中；

S3、在高速混合机中进行混合及表面偶联改性处理，进料速度流速为0.5-1g/S先后流入改性剂、偶联剂、粘结剂溶液,混料时间1-1.5h；

S4、将上述雾化液喷出与热塑性塑料粉末充分混合，喷出温度为80-90℃，干燥得3D打印材料。

在一些实施例中，3D打印材料含水率6 .5～9wt%的高分子陶瓷复合浆料，可适用于直写成型技术DIW的3D打印技术。

在另外一些实施例中，控制所述3D打印材料含水率0.05wt%的高分子陶瓷复合粉末，可适用于的选择性激光烧结SLS的3D打印技术。

本发明的有益效果是：

（1）先对陶瓷粉在高速分散机进行碰撞使得陶瓷粉表面产生凹陷，更好的吸附其他助剂之后再复合热塑性塑料；

（2）所得打印产品，内应力小，力学性能好，表面光洁细腻；

（3）本发明制备方法过程简单，成本低，适合大量制备，易于实现工业化；

（4）可用于多种3D打印成型方法，如直写成型技术DIW、选择性激光烧结SLS等。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

实施例1、

一种高分子陶瓷复合3D打印材料,包括如下（重量份）的原料：

陶瓷粉：石英粉25、碳酸钙25、叶腊石粉11、云母2、滑石粉10、硫酸钙晶须20；

热塑性塑料粉末：聚对苯二甲酸丁二醇酯3、聚苯硫酸酯5、聚丙交酯5、聚碳酸酯2、乙烯醋酸乙烯酯5；

界面改性剂：羧化聚醚界面改性剂0.05；

偶联剂：0.05；

粘接剂：硅溶胶0.02；

以上，陶瓷粉和热塑性塑料粉末的粒径均＜100。

实施例2、

一种高分子陶瓷复合3D打印材料,包括如下（重量份）的原料：

陶瓷粉：石英粉20、碳酸钙25、叶腊石粉10、云母滑石粉8、硫酸钙晶须2、蒙脱土10；

热塑性塑料粉末：聚对苯二甲酸丁二醇酯5、聚苯硫酸酯2、聚丙交酯2、聚碳酸酯乙烯醋酸乙烯酯1；

界面改性剂：羧化聚醚界面改性剂0.05；

偶联剂：0.05；

粘接剂：硅溶胶0.02；

以上，陶瓷粉和热塑性塑料粉末的粒径均＜100。

实施例3、

一种高分子陶瓷复合3D打印材料,包括如下（重量份）的原料：

陶瓷粉：石英粉20、碳酸钙20、叶腊石粉10、云母13、滑石粉12、硫酸钙晶须7、蒙脱土1、二氧化硅2；

热塑性塑料粉末：聚对苯二甲酸丁二醇酯12、聚苯硫酸酯5、聚丙交酯聚碳酸酯10、乙烯醋酸乙烯酯3；

界面改性剂：羧化聚醚界面改性剂0.5；

偶联剂：0.5；

粘接剂：硅溶胶0.1；

以上，陶瓷粉和热塑性塑料粉末的粒径均＜100。

实施例4、

一种高分子陶瓷复合3D打印材料,包括如下（重量份）的原料：

陶瓷粉：石英粉15、碳酸钙15、叶腊石粉10、云母10滑石粉、13硫酸钙晶须、10蒙脱土6、二氧化硅6；

热塑性塑料粉末：聚对苯二甲酸丁二醇酯8、聚苯硫酸酯6、聚丙交酯4、聚碳酸酯1、乙烯醋酸乙烯酯1；

界面改性剂：羧化聚醚界面改性剂0.5；

偶联剂：0.5；

粘接剂：硅溶胶0.1；

以上，陶瓷粉和热塑性塑料粉末的粒径均＜100。

实施例5、

一种高分子陶瓷复合3D打印材料,包括如下（重量份）的原料：

陶瓷粉：石英粉13、碳酸钙20、叶腊石粉15、云母6、滑石粉16、硫酸钙晶须5；

热塑性塑料粉末：聚对苯二甲酸丁二醇酯10、聚苯硫酸酯10、聚丙交酯1、聚碳酸酯2、乙烯醋酸乙烯酯2；

界面改性剂：羧化聚醚界面改性剂0.4；

偶联剂：0.4；

粘接剂：硅溶胶0.05；

以上，陶瓷粉和热塑性塑料粉末的粒径均＜100。

实施例6、

一种高分子陶瓷复合3D打印材料,包括如下（重量份）的原料：

陶瓷粉：石英粉10、碳酸钙16、云母滑石粉20、蒙脱土15、二氧化硅14；

热塑性塑料粉末：聚对苯二甲酸丁二醇酯10、聚苯硫酸酯10、聚丙交酯1、聚碳酸酯2、乙烯醋酸乙烯酯2；

界面改性剂：羧化聚醚界面改性剂0.4；

偶联剂：0.4；

粘接剂：硅溶胶0.05；

以上，陶瓷粉和热塑性塑料粉末的粒径均＜100。

实施例7、

一种高分子陶瓷复合3D打印材料,包括如下（重量份）的原料：

陶瓷粉：石英粉20、碳酸钙15、叶腊石粉12、云母10、滑石粉3、二氧化硅20；

热塑性塑料粉末：聚对苯二甲酸丁二醇酯20聚苯硫酸酯聚丙交酯5；

界面改性剂：羧化聚醚界面改性剂0.4；

偶联剂：0.4；

粘接剂：硅溶胶0.05；

以上，陶瓷粉和热塑性塑料粉末的粒径均＜100。

实施例8、

一种高分子陶瓷复合3D打印材料,包括如下（重量份）的原料：

陶瓷粉：石英粉20碳酸钙15叶腊石粉12云母滑石粉13硫酸钙晶须、二氧化硅20；

热塑性塑料粉末：聚对苯二甲酸丁二醇酯20聚苯硫酸酯聚丙交酯5；

界面改性剂：羧化聚醚界面改性剂0.4；

偶联剂：0.4；

粘接剂：硅溶胶0.05；

以上，陶瓷粉和热塑性塑料粉末的粒径均＜100。

实施例1-4上述打印材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将所述陶瓷粉置入高速分散机，常压加工温度100℃，转速8000rpm，高速分散20min，使所述陶瓷粉发生碰撞摩擦至表面凹陷；

S2、将水蒸气通入到上述高速分散机，机内温度80℃，控制压强为400Pa，转速8000rpm，将陶瓷粉末均相于水蒸气环境中；

S3、在高速混合机中进行混合及表面偶联改性处理，进料速度流速为0.5g/S先后流入改性剂、偶联剂、粘结剂溶液,混料时间1.5h；

S4、将上述雾化液喷出与热塑性塑料粉末充分混合，喷出温度为80-90℃，干燥得3D打印材料，控制水率6 .5～9wt%的高分子陶瓷复合浆料。

测得实验1-5高分子陶瓷浆料的粘度固化前粘度:800-1010CPS，具有良好的流动性适合3D打印的要求。

实施例5-8上述打印材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将所述陶瓷粉置入高速分散机，常压加工温度110℃，转速10000rpm，高速分散20min，使所述陶瓷粉发生碰撞摩擦至表面凹陷；

S2、将水蒸气通入到上述高速分散机，机内温度220℃，控制压强为400Pa，转速8000rpm，将陶瓷粉末均相于水蒸气环境中；

S3、在高速混合机中进行混合及表面偶联改性处理，进料速度流速为0.5g/S先后流入改性剂、偶联剂、粘结剂溶液,混料时间1h；

S4、将上述雾化液喷出与热塑性塑料粉末充分混合，喷出温度为80-90℃，干燥得3D打印材料，控制水率0.05wt%的高分子陶瓷复合浆料。

尽管以上实施例对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。