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CN118835345A - 一种防翘曲、收缩的纤维素hdpe复合材料细丝的制备方法 - Google Patents

一种防翘曲、收缩的纤维素hdpe复合材料细丝的制备方法 Download PDF

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CN118835345A
CN118835345A CN202410955475.XA CN202410955475A CN118835345A CN 118835345 A CN118835345 A CN 118835345A CN 202410955475 A CN202410955475 A CN 202410955475A CN 118835345 A CN118835345 A CN 118835345A
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hdpe
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cellulose fibers
shrinkage
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吴志聪
何凯伦
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Abstract

本发明涉及复合材料细丝制备技术领域,尤其涉及一种纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法,包括以下步骤:S1、洗涤纤维素纤维;S2、在纤维素纤维表面接枝溴引发剂;S3、对纤维素纤维进行改性得到改性纤维素凝胶;S4、将改性纤维素凝胶与HDPE复合得到复合材料细丝。本发明的制备方法获得的纤维素HDPE复合材料细丝在FDM3D打印中不出现翘曲和收缩,且获得的打印件机械性能良好,方法简单、成本低,实用性佳。

Description

一种防翘曲、收缩的纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法
本案是以申请日为2022-11-14,申请号为202211424307.5,名称为“一种纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法”的发明专利为母案而进行的分案申请。
技术领域
本发明涉及复合材料细丝制备技术领域,尤其涉及一种防翘曲、收缩的纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法。
背景技术
FDM3D打印工艺的原理是:通过加热喷嘴挤出聚合物细丝,融化的细丝通过逐层沉积成为复杂的三维结构,可以参考申请号为201910440500.X、名称为一种基于FDM的3D打印方法和增韧方法的中国发明专利。目前FDM3D打印常用的细丝材料为ABS塑料、PLA塑料、PP塑料等聚合物。高密度聚乙烯(HDPE)是最常用的热塑性塑料之一,且具有食品相容性和良好的比强度,在食品工业有较大的应用,但是,当HDPE材料应用到FDM3D打印作业中时,会出现较大的翘曲和收缩,影响打印质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法,获得的纤维素HDPE复合材料细丝在FDM3D打印中不会出现翘曲和收缩,提高了打印件的机械性能。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种防翘曲、收缩的纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法,包括以下步骤:
S1、洗涤纤维素纤维;
S2、在纤维素纤维表面接枝溴引发剂;
S3、对纤维素纤维进行改性得到改性纤维素凝胶;
S4、将改性纤维素凝胶与HDPE复合得到复合材料细丝。
进一步地,所述S1具体包括步骤S11:
将纤维素纤维放入酒精中洗涤。
进一步地,所述S1具体包括步骤S12:
对洗涤后的纤维素纤维进行离心分离处理。
进一步地,所述S1具体包括步骤S13:
重复步骤S11和步骤S12三至五次,然后对纤维素纤维进行干燥。
进一步地,所述S2具体包括步骤S21:
将纤维素纤维以0.01~0.02g/mL的配比放入二甲基亚砜中,溶液用氮气脱气后加热到55~60℃,然后按0.4~0.6g/mL的配比加入咪唑,配制为纤维素溶液.
进一步地,所述S2具体包括步骤S22:
以0.3~0.4g/mL的配比将2-溴-异丁酸粉末溶解在二甲基亚砜中,溶液用氮气脱气,然后以0.3~0.4g/mL的配比向溶液中缓慢加入N,N-碳酰二咪唑,将混合溶液放置至气体停止排放。
进一步地,所述S2具体包括步骤S23:
将纤维素溶液和溴引发剂溶液以0.35~0.45∶1的体积比混合,将混合的溶液放置30~36小时。
进一步地,所述S2具体包括步骤S24:
将S23中混合的溶液进行离心分离,然后进行干燥获得表面接枝溴引发剂的纤维素纤维。
进一步地,所述S3具体为:
将1~2mol/L的丙烯酸十八酯溶于甲苯,将步骤S2获得的表面接枝溴引发剂的纤维素纤维按0.01~0.02g/mL的配比放入溶有丙烯酸十八酯的甲苯溶液中,然后将混合的溶液加热至40~45℃并用氮气脱气,放置30~36小时后,进行离心处理,最后去除上清液获得改性纤维素凝胶。
进一步地,所述S4具体为:
将改性纤维素凝胶与HDPE塑料颗粒共同挤出,得到直径为1.45~1.75mm的纤维素HDPE复合材料细丝。
本发明的有益效果在于:提供一种纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法,克服了现有技术中HDPE材料细丝在FDM3D打印过程中会出现较大的翘曲和收缩、限制了HDPE材料在FDM3D打印中的应用的问题,在纤维素纤维表面接枝溴引发剂,使丙烯酸十八酯通过单电子转移活性自由基聚合在纤维素表面生长从而实现纤维素的改性,将丙烯酸十八酯接枝到纤维素纤维上大大增加了改性纤维与HDPE的粘附性和相容性,最后将改性纤维素与HDPE通过反向旋转双螺杆挤出机一起挤出获得可用于FDM3D打印的纤维素HDPE复合材料细丝,获得的纤维素HDPE复合材料细丝在FDM3D打印中不出现翘曲和收缩,且获得的打印件机械性能良好,方法简单、成本低,实用性佳。
附图说明
图1为本发明实施例的纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法的流程示意图;
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附图予以说明。
纤维素纤维可以从自然植物中获取(比如棉花),其具有易获取、可生物降解、可再生、无毒等优点,且目前被应用于与聚合物复合成为FDM3D打印细丝,能明显提高聚合物的打印性能,减小翘曲和收缩。但是,纤维素具有亲水性,HDPE是疏水性热塑性材料,两者的相容性较差,难以制备可以用于FDM3D打印的纤维素HDPE复合材料细丝。
请参照图1,本发明提供了一种纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法,包括以下步骤:
S1、洗涤纤维素纤维;
S2、在纤维素纤维表面接枝溴引发剂;
S3、对纤维素纤维进行改性得到改性纤维素凝胶;
S4、将改性纤维素凝胶与HDPE复合得到复合材料细丝。
从上述描述可知,本发明的有益效果在于:在纤维素纤维表面接枝溴引发剂并对纤维素进行改性,增加了改性纤维与HDPE的粘附性和相容性,最后将改性纤维素与HDPE复合即可获得可用于FDM3D打印的纤维素HDPE复合材料细丝,获得的纤维素HDPE复合材料细丝在FDM3D打印中不出现翘曲和收缩,且获得的打印件机械性能良好,方法简单、成本低,实用性佳。
在可选实施例中,所述S1具体包括步骤S11:
将纤维素纤维放入酒精中洗涤。
在可选实施例中,所述S1具体包括步骤S12:
对洗涤后的纤维素纤维进行离心分离处理。
在可选实施例中,所述S1具体包括步骤S13:
重复步骤S11和步骤S12三至五次,然后对纤维素纤维进行干燥。
由上述描述可知,经过洗涤和离心分离处理后即可获得洁净的纤维素纤维。
在可选实施例中,所述S2具体包括步骤S21:
将纤维素纤维以0.01~0.02g/mL的配比放入二甲基亚砜中,溶液用氮气脱气后加热到55~60℃,然后按0.4~0.6g/mL的配比加入咪唑,配制为纤维素溶液.
在可选实施例中,所述S2具体包括步骤S22:
以0.3~0.4g/mL的配比将2-溴-异丁酸粉末溶解在二甲基亚砜中,溶液用氮气脱气,然后以0.3~0.4g/mL的配比向溶液中缓慢加入N,N-碳酰二咪唑,将混合溶液放置至气体停止排放。
在可选实施例中,所述S2具体包括步骤S23:
将纤维素溶液和溴引发剂溶液以0.35~0.45∶1的体积比混合,将混合的溶液放置30~36小时。
在可选实施例中,所述S2具体包括步骤S24:
将S23中混合的溶液进行离心分离,然后进行干燥获得表面接枝溴引发剂的纤维素纤维。
在可选实施例中,所述S3具体为:
将1~2mol/L的丙烯酸十八酯溶于甲苯,将步骤S2获得的表面接枝溴引发剂的纤维素纤维按0.01~0.02g/mL的配比放入溶有丙烯酸十八酯的甲苯溶液中,然后将混合的溶液加热至40~45℃并用氮气脱气,放置30~36小时后,进行离心处理,最后去除上清液获得改性纤维素凝胶。
由上述描述可知,丙烯酸十八酯通过单电子转移活性自由基聚合在纤维素表面生长从而实现纤维素的改性(纤维素从亲水性改变为疏水性),由于丙烯酸十八酯和HDPE均为疏水性,将丙烯酸十八酯接枝到纤维素纤维上大大增加了改性纤维与HDPE的粘附性和相容性。
在可选实施例中,所述S4具体为:
将改性纤维素凝胶与HDPE塑料颗粒共同挤出,得到直径为1.45~1.75mm的纤维素HDPE复合材料细丝。
请参照图1,本发明的实施例一为:
一种可用于FDM3D打印的纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法:
S1、洗涤纤维素纤维;
S2、纤维素纤维表面接枝溴引发剂;
S3、对纤维素进行改性;
S4、将改性纤维素与HDPE通过挤出制备为复合材料细丝。
请参照图1,本发明的实施例二在实施例一的基础上:
步骤S1的具体操作为:将纤维素纤维放入酒精中洗涤,洗涤后放入离心机分离,离心机转速设置为在6000-6500转/分钟,离心旋转时间为20-30分钟;重复洗涤、离心分离操作3-5次;最后在室温下干燥24-30小时获得洁净的纤维素纤维。
优选地,纤维素纤维可选用的牌号:CA-320S,CA-394-60LF,CAB-321-0.1。
步骤S2的具体操作为:
S201、配制纤维素溶液;操作为:将步骤S1获得的洁净的纤维素纤维以0.01-0.02g/mL的配比放入二甲基亚砜中,将溶液用氮气脱气,加热到55-60℃,并按0.4-0.6g/mL的配比加入咪唑,配制为纤维素溶液;
S202、配制溴引发剂溶液;操作为:以0.3-0.4g/mL的配比将2-溴-异丁酸粉末溶解在二甲基亚砜中,溶液用氮气脱气,然后以0.3-0.4g/mL的配比向溶液中缓慢加入N,N-碳酰二咪唑,将混合溶液放置1-2小时,直到气体停止排放;
S203、将步骤S201制备的纤维素溶液和步骤S202制备的溴引发剂溶液以0.35-0.45∶1的体积比进行混合,混合的溶液放置30-36小时以使纤维素纤维表面能充分接枝溴引发剂;
S204、将步骤203获得的溶液放入离心机分离,离心机转速设置为在6000-6500转/分钟,离心旋转时间为20-30分钟;最后在室温下干燥24-30小时获得表面接枝溴引发剂的纤维素纤维。
步骤S3的具体操作为:将1-2mol/L的丙烯酸十八酯溶于甲苯,将步骤S2获得的表面接枝溴引发剂的纤维素纤维按0.01-0.02g/mL的配比放入溶有丙烯酸十八酯的甲苯溶液中,然后将混合溶液加热至40-45℃并用氮气脱气,放置30-36小时以充分反应;最后,放入离心机分离,离心机转速设置为在3000-3500转/分钟,离心旋转时间为10-15分钟;去除上清液,获得改性纤维素凝胶。
步骤S4的具体操作为:反向旋转双螺杆挤出机开机,在150-155℃下预热30-40分钟;然后,将螺杆转速设置为100-120转/分钟,温度设置为160-165℃,将步骤S3获得的改性纤维素凝胶与HDPE塑料颗粒放入挤出机中,从内径为0.85-1mm的喷嘴挤出为1.45-1.75mm直径的纤维素HDPE复合材料细丝。
综上所述,本发明在纤维素纤维表面接枝溴引发剂,使丙烯酸十八酯通过单电子转移活性自由基聚合在纤维素表面生长从而实现纤维素的改性,将丙烯酸十八酯接枝到纤维素纤维上大大增加了改性纤维与HDPE的粘附性和相容性,最后将改性纤维素与HDPE通过反向旋转双螺杆挤出机一起挤出获得可用于FDM3D打印的纤维素HDPE复合材料细丝,获得的纤维素HDPE复合材料细丝在FDM3D打印中不出现翘曲和收缩,且获得的打印件机械性能良好,方法简单、成本低,实用性佳。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种防翘曲、收缩的纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、洗涤纤维素纤维;
S2、将纤维素纤维以0.01~0.02g/mL的配比放入二甲基亚砜中,溶液用氮气脱气后加热到55~60℃,然后按0.4~0.6g/mL的配比加入咪唑,配制为纤维素溶液;
以0.3~0.4g/mL的配比将2-溴-异丁酸粉末溶解在二甲基亚砜中,溶液用氮气脱气,然后以0.3~0.4g/mL的配比向溶液中缓慢加入N,N-碳酰二咪唑,将混合溶液放置至气体停止排放;
将纤维素溶液和溴引发剂溶液以0.35~0.45∶1的体积比混合,将混合的溶液放置30~36小时;将混合的溶液进行离心分离,然后进行干燥获得表面接枝溴引发剂的纤维素纤维;
S3、对纤维素纤维进行改性得到改性纤维素凝胶;
S4、将反向旋转双螺杆挤出机在150-155℃的温度范围内预热30-40分钟,然后将反向旋转双螺杆挤出机的温度设置为160-165℃,把改性纤维素凝胶与HDPE塑料颗粒放入反向旋转双螺杆挤出机共同挤出,从内径为0.85-1mm的喷嘴挤出直径为1.45-1.75mm的纤维素HDPE复合材料细丝。
2.根据权利要求1所述的防翘曲、收缩的纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法,其特征在于,所述S1具体包括步骤S11:
将纤维素纤维放入酒精中洗涤。
3.根据权利要求2所述的防翘曲、收缩的纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法,其特征在于,所述S1具体包括步骤S12:
对洗涤后的纤维素纤维进行离心分离处理。
4.根据权利要求3所述的防翘曲、收缩的纤维素HDPE复合材料细丝的制备方法,其特征在于,所述S1具体包括步骤S13:
重复步骤S11和步骤S12三至五次,然后对纤维素纤维进行干燥。
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