一种石墨烯3D打印线材及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN105295323A
(43)申请公布日2016.02.03

(21)申请号CN201510777154.6

(22)申请日2015.11.13

(71)申请人三峡大学
地址443002湖北省宜昌市大学路8号

(72)发明人吴海华吴朝王道黄才华柳宁魏正英

(74)专利代理机构宜昌市三峡专利事务所

代理人蒋悦

(51)Int.CI
C08L67/04
C08L55/02
C08L77/00
C08L69/00
C08K9/06
C08K7/24
C08K3/04
B29C69/00
B32B27/06
B32B27/18

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

一种石墨烯3D打印线材及其制备
方法
(57)摘要

本发明涉及一种石墨烯3D打印线
材及其制备方法，所述的石墨烯3D打印
线材由功能化石墨烯粉末和热塑性树脂组
成。其制备过程为：首先将热塑性树脂粉
末倒入宽度可调的金属模具型腔中，刮
平、加热，获得熔融的薄膜基材，然后采
取微粉喷射的方式将功能化石墨烯粉末喷
射到薄膜基材中，经一次冷却、脱模，获
得不同宽度的石墨烯线材预制体，最后将
这些预制体有序组装在一起，并放入带有
孔洞的金属模具中，在加热条件下挤压，
使之变形、融合在一起，经二次冷却后获

得所需的石墨烯3D打印线材。该方法制
得的石墨烯3D打印线材具有良好的力学
性能、导电性能和柔韧性，并易于实现规
模化生产和控制成本。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种石墨烯3D打印线材，包括功能化石墨烯粉末和热塑性树脂，其特征在于，
所述功能化石墨烯为石墨烯和偶联剂的混合物；所述的热塑性
树脂为聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、尼龙或聚碳酸酯中的任
意一种。

2.根据权利要求1所述的石墨烯3D打印线材，其特征在于，按重量计，功能化石
墨烯1～10份，热塑性树脂90～99份，偶联剂为γ-氨基三乙氧基
硅烷偶联剂，其质量为石墨烯质量的0.6％～2％。

3.一种权利要求1或2所述的石墨烯3D打印线材的制备方法，由功能化石墨烯粉
末的制备、薄膜基材制备、微粉喷射、一次冷却、脱模、预制体组
装、加热挤压变形、二次冷却等工艺组成，其特征在于，包括以
下步骤：

(1)将高倍率膨胀石墨粉末、偶联剂和溶剂混合，放入磁力搅拌器中，搅拌后混合

均匀，再在60℃～70℃水浴条件下超声5～10h，最后将溶液
干燥、研磨，制得功能化石墨烯粉末；

(2)将热塑性树脂粉末倒入宽度可调的金属模具型腔中，铺平后，进行加热，使之
熔融，刮平，获得熔融树脂薄膜基材；

(3)将功能化石墨烯粉末以微粉喷射的方式均匀喷射到熔融树脂薄膜基材中，在空
气中进行一次冷却，脱模后获得石墨烯线材预制体；

(4)将步骤(3)制得的N个预制体有序叠合，从而组装在一起，所述的N大于1；

(5)将步骤(4)中组装好的线材放入带有孔洞的金属模具中，在加热条件下挤压，使
之变形、融合在一起，在空气中对线材进行二次冷却，得到最终制品。

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，按重量计，步骤1)中所述高倍率膨
胀石墨为1～10份，偶联剂为0.006～0.2份，溶剂89～99份，
其中膨胀石墨的溶胀倍率为800～1000。

5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤1)中所述溶剂为水和乙醇按质
量比为0.1-0.45的混合物；放入磁力搅拌器中，搅拌速度100～

150r/min，搅拌时间为20～40min。

6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤2)中加热的方式为电阻加热或
电磁感应加热，加热温度为170℃～230℃，熔融树脂薄膜厚度

为0.1～0.6mm，宽度为0.2～3.5mm。

7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤3)中微粉喷射工艺参数：喷管

出口直径为2～6mm，喷射速度为220～800m/s，喷射压强为
0.2～0.8Mpa，喷射距离为10～40mm。

8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤3)和5)中一次冷却和二次冷却
过程在空气中进行，冷却温度均为20℃～24℃。

9.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤5)中预制体叠合组装的总层数
为5～20层。

10.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤5)中金属模具孔洞大小为

1.75～3.5mm，加热挤压参数：温度为60℃～120℃，压力为10～
20N。

说明书

<p>技术领域

本发明涉及一种石墨烯3D打印线材及其制备方法。属于非金属材料成形制造技术
领域，具体为功能化石墨烯