一种连续植物纤维增强热塑性塑料复合丝材及其制备方法

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种连续植物纤维增强热塑性塑料复合丝材及其制备方法。

背景技术：

1、根据3d打印的原理，在理论上，只要使用与模型相同的材质，就能打印出和模型几平模一样的东西。因此，对3d打印来说，耗材是打印是否成功的重要因素。实际上3d打印技术本身并不复杂，但寻找可用的耗材却是难点。普道打印机的耗材是墨水和纸张，但3d打印机的耗材必须经过特殊处理。

2、根据业内领先的报告，目前3d打印的材料已经超过了200种。从直接数字制造角度来看，200多种材料还是非常有限的，远不能满足实际生产中的需要。目前，比较普及的3d打印耗材包括聚乳酸(pla)塑料、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)塑料、尼龙铝粉材料等。丝材是3d打印高性能产品的关键，丝材复合化可以利用增强相的力学、热学性能等优异性能提高基体的性能。采用植物纤维增强热塑性树脂制备复合丝材可以利用植物纤维的优异力学性能，提高复材的性能；植物纤维的低价格，可以降低成本；植物纤维可降解，符合现在环保需求。目前被广泛应用的纤维复合丝材主要是通过将植物纤维打碎，获得植物纤维短纤或者长纤维，然后和热塑性树脂经共混挤出得到复合丝材。

技术实现思路

1、现有技术中存在的技术问题是上述方法中无法利用植物纤维的连续增强效应，难以大幅提高复合丝材的力学性能。

2、为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：

3、本发明提供一种连续植物纤维增强热塑性塑料复合丝材的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：对植物纤维进行分丝，得到长丝；

5、s2：将所述长丝碱液煮沸2-10h后，先采用水清洗去除杂质，再采用有机溶剂进行润胀，得到润涨后的植物纤维；

6、s3：将硅烷偶联剂和热塑性树脂溶解于有机溶剂后加入所述润涨后的植物纤维，0-90℃搅拌1-30min，取出植物纤维进行干燥，得到连续丝材；

7、s4：将所述连续丝材置于空心树脂管材中，得到复合丝材；

8、s5：将所述复合丝材置于3d打印机的送料腔后进行开机打印，拉伸，得到所述连续植物纤维增强热塑性塑料复合丝材。

9、优选的，所述长丝的直径小于1.5mm。

10、优选的，所述植物纤维选自竹纤维、大麻纤维和苎麻纤维中的一种或多种。

11、优选的，所述空心树脂管材的材质为聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、尼龙(pa)、聚氯乙烯(pvc)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)中的一种或多种。

12、所述步骤s2和s3中，根据热塑性树脂的不同，有机溶剂的选择也不同，选用的有机溶剂依据热塑性树脂进行选择。

13、优选的，所述热塑性树脂空心管材的外径为0.3-5mm，内径为0.1-1mm。

14、优选的，所述连续丝材中，植物纤维的含量为1-60wt％。

15、优选的，所述硅烷偶联剂于有机溶剂中的含量为1-10w/v％，所述热塑性树脂于有机溶剂的浓度为0.001-15wt.％。

16、优选的，所述硅烷偶联剂为a151(乙烯基三乙氧基硅烷)、a171(乙烯基三甲氧基硅烷)或a172(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷)。

17、具体的，所述步骤s4中，将干燥后的连续丝材放入空心树脂管材中，并留出一定余量。

18、优选的，所述步骤s5中，拉伸是通过熔融纺丝工艺进行。

19、优选的，所述步骤s5中，3d打印机的喷头直径为0.3-3mm。

20、优选的，所述步骤s5中，喷嘴的温度为80-275℃，送丝速度为20-100mm/s，接收速度为20-100mm/s。

21、具体的，所述步骤s5中，将多出的丝材放入3d打印机喷头，并拉出，然后将空心复合管材放入送料腔内。

22、本发明还提供一种上述的制备方法制备得到的连续植物纤维增强热塑性塑料复合丝材。

23、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

24、本发明的方法避免了使用短纤、长纤植物纤维力学性能不足的缺陷，充分利用了连续纤维的增强效应提高所得复合长丝的机械性能，同时使用空心管材缩短了浸渍时间，避免了对纤维的破坏。

技术特征：

1.一种连续植物纤维增强热塑性塑料复合丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述长丝的直径小于1.5mm。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物纤维选自竹纤维、大麻纤维和苎麻纤维中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述空心树脂管材的材质为聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚氯乙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂空心管材的外径为0.3-5mm，内径为0.1-1mm。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连续丝材中，植物纤维的含量为1-60wt％。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，拉伸是通过熔融纺丝工艺进行。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，3d打印机的喷头直径为0.3-3mm。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，开机打印时，3d打印机的喷嘴的温度为80-275℃，送丝的速度为20-100mm/s，接收的速度为20-100mm/s。

10.一种权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到的连续植物纤维增强热塑性塑料复合丝材。

技术总结
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种连续植物纤维增强热塑性塑料复合丝材及其制备方法。制备过程是用热塑性树脂空心管材在3D打印喷头实施熔融浸渍连续植物纤维，然后拉伸浸渍的连续植物纤维快速冷却形成连续长丝来制备的。该方法对连续植物纤维的预处理包括：对连续植物纤维进行分丝，得到长丝，后采用碱液煮沸，然后采用有机溶剂进行润胀，将其转入含有热塑性树脂和偶联剂的溶液中，经适当搅拌后干燥，最后将改性后的连续植物纤维放入空心树脂管材中。该方法避免了使用短纤、长纤植物纤维力学性能不足的缺陷，充分利用了连续植物纤维的增强效应提高所得复合长丝的机械性能，同时使用空心管材缩短了浸渍时间，避免了对纤维的破坏。

技术研发人员：乔海玉,刘亚运,李倩,陈雅妮,于晓东,王传洋
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15