一種用于3d打印的絲狀粘土材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種3D打印材料及其制備方法，具體涉及一種用于3D打印的絲狀粘土材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，是快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用，材料成為限制3D打印技術(shù)未來走向的關(guān)鍵因素之一。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細(xì)胞生物原料、木質(zhì)材料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]粘土作為人類應(yīng)用最早的無機材料之一，具有存量豐富、成本低廉的優(yōu)點，至今依然是人們生活中應(yīng)用最多的無機材料，粘土不僅可用于陶瓷材料的燒制，房屋修建、鋪設(shè)道路等，還能用于工業(yè)，如高分子材料中的填料、廢水的處理、金屬的冶煉等。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，各種材料被應(yīng)用于3D打印，傳統(tǒng)材料的使用方法也發(fā)生了改變，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，同樣為粘土的使用方法提供了新的思路。在利用3D打印技術(shù)成型陶瓷產(chǎn)品的時候，人們使用的3D打印材料都是通過粘土燒制而成的陶瓷粉末，然后通過直接或間接的方法得到陶瓷產(chǎn)品，但陶瓷粉末的制備方法復(fù)雜且成本高昂，嚴(yán)重阻礙了3D打印技術(shù)在陶瓷成型上的發(fā)展和應(yīng)用。粘土本身具有優(yōu)異的粘性和可塑性，可直接成型制成陶瓷坯體，然后燒結(jié)得到陶瓷，但由于工藝、技術(shù)的缺陷，成型的陶瓷胚體具有結(jié)構(gòu)簡單，尺寸精度差等缺點，嚴(yán)重限制了粘土及其制品在生活中的應(yīng)用，如果將3D打印技術(shù)用于粘土進而成型得到陶瓷，完全可以完善并解決上述的缺陷，因此，將粘土用于3D打印成型對粘土及其制品在生活中的應(yīng)用具有重要意義和市場價值。
[0004]未經(jīng)過改性處理的粘土材料不適用于3D打印成型，高塑性的粘土力學(xué)性能較差，不利于成型過程中的支撐和造型，而力學(xué)性能好的粘土粘結(jié)性和塑性較差，不利于成型過程中的粘結(jié)和擠出，因而，需要對粘土進行改性處理，得到適合用于3D打印技術(shù)的粘土材料，是粘土能用于3D打印技術(shù)的前提條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了擴大3D打印技術(shù)在生活中的應(yīng)用范圍，對粘土進行改性處理，增加粘土的塑性、流動性和韌性，使粘土材料能用于3D打印技術(shù)，從而提出一種用于3D打印的絲狀粘土材料及其制備方法。
[0006]本發(fā)明一種用于3D打印的絲狀粘土材料，其特征在于按重量份計由以下原材料制備得到:
粘土50-65份，
溶劑30-40份， 載體20-35份，
增塑劑8-12份，
乳化劑5-10份，
增韌劑3-8份，
其中所述的粘土為經(jīng)過高溫煅燒去除了有機質(zhì)的細(xì)度為1000-2000目的高嶺土、蒙脫土中的一種或兩種;所述的溶劑為水與乙醇按1:1混溶的乙醇溶液;所述的載體為聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯中的一種或多種;所述的增塑劑為甲基硅油、氨基硅油、鄰苯二甲酸鈉中的一種或多種;所述的乳化劑為烷基銨鹽、烷基磷酸鹽、脂肪醇硫酸鹽、烷基磺酸鹽中的一種或多種;所述的增韌劑為碳化硅晶須、氮化硅晶須、鈦酸鉀晶須、硼酸鋁晶須、氧化鋁晶須、氧化鋅晶須、硫酸鈣晶須中的一種或多種。
[0007]上述一種用于3D打印的絲狀粘土材料是通過以下制備方法得到的，其特征在于具體步驟如下:
1、將50-65重量的粘土、30-40重量份的溶劑、3-8重量份的增韌劑加入行星式球磨機中進行混合研磨0.5-lh，然后加入5-10重量份的乳化劑，用超聲波進行乳化處理20-30min，采用噴霧干燥機進行噴霧干燥，得到粘土混合物粉末材料；
2、將步驟I得到的粘土混合物粉末材料與8-12重量份的增塑劑、20-35重量份的載體放入高速混合機中在200-300r/min的速度下混合處理30-40min出料，用雙螺桿擠出機進行擠出，并拉絲，制成直徑為1.75mm、3mm，直徑誤差在5%以內(nèi)的細(xì)絲，收集細(xì)絲得到粘土3D打印材料，拉絲過程中采用冷風(fēng)進行冷卻。
[0008]本發(fā)明為了得到適用于3D打印技術(shù)的粘土材料，對粘土進行改性處理，增加粘土的塑性、流動性和韌性，使粘土材料能用于3D打印技術(shù)，將粘土分散在載體中，打印時成型溫度低，熔融后既可進行成型打印，冷卻后固化定型；加入增塑劑使粘土塑性更好;加入了增韌劑，提高了粘土的韌性，3D打印成型時力學(xué)性能更好，打印得到的產(chǎn)品韌性也更加優(yōu)異;加入乳化劑對粘土進行乳化處理，將粘土分離包裹成為獨立的細(xì)小顆粒，通過干燥形成固體粘土顆粒，利于成型后的脫塑處理，并且在燒結(jié)時粘土形成的陶瓷顆粒大小均勻，排列規(guī)整，陶瓷產(chǎn)品性能更好;采用上述改性方法得到的粘土材料具有塑性好，易成型，力學(xué)性能好，精度高的優(yōu)點，適用于3D打印成型技術(shù)，促進了 3D打印成型技術(shù)的推廣應(yīng)用，具有廣闊的市場前景。
[0009]本發(fā)明突出的特點和有益效果在于:
1、本發(fā)明將粘土與樹脂載體混熔，利用乳化劑對粘土進行乳化處理，將粘土分離包裹成為獨立的細(xì)小顆粒，通過干燥形成固體粘土顆粒，利于成型后的脫塑處理，并且在燒結(jié)時粘土形成的陶瓷顆粒大小均勻，排列規(guī)整，陶瓷產(chǎn)品性能更好。
[0010]2、本發(fā)明提出了對粘土進行改性處理的方法，制備得到一種具有塑性好，易成型，成型溫度低，力學(xué)性能好，精度高的粘土材料。
[0011 ] 3、本發(fā)明方法制得的產(chǎn)品尺寸精度好，成型形狀容易控制，且方法簡單可靠，成本低廉。
【具體實施方式】
[0012]以下通過【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0013]實施例1