一種聚合物加工助劑在3d打印中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及3D打印領(lǐng)域，進(jìn)一步地說，是涉及一種聚合物加工助劑在3D打印中的 應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)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)。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后 逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋 類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工（AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系 統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
[0003] 3D打印技術(shù)主要有以下幾種工藝，分層實(shí)體制造法（L0M)，光固化成型法（SLA)， 選擇性激光燒結(jié)法（SLS)，熔融沉積法（FDM)，三維打印法（3DP)。其中，熔融沉積法具有系 統(tǒng)構(gòu)造原理和操作簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低，系統(tǒng)運(yùn)行安全，無毒無味，適合辦公室設(shè)計(jì)環(huán)境等特 點(diǎn)，更能滿足少量多樣的最終產(chǎn)品制作與產(chǎn)品開發(fā)試驗(yàn)需求，得到了廣泛應(yīng)用。
[0004] 聚合物已經(jīng)成為最重要的熔融沉積法（FDM) 3D打印材料之一，其中ABS，聚乳酸， 聚酰胺最為常用。熔融沉積法（FDM)對(duì)材料的性能有一定的要求，既需要良好的流動(dòng)性，有 需要一定的韌性。這兩種性能往往不能兼得。對(duì)于一定分子量和分子結(jié)構(gòu)的聚合物，通過 添加加工助劑的方法，往往能同時(shí)提高其流動(dòng)性和韌性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，本發(fā)明提供了一種聚合物加工助劑在3D打印中 的應(yīng)用。本發(fā)明的聚合物加工助劑易制備，低成本，高效能，無污染，相對(duì)于傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑更穩(wěn) 定，更有效率，加入量大幅度減少。
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種聚合物加工助劑在3D打印中的應(yīng)用。
[0007] 所述聚合物加工助劑包括低聚物和微納米粒子；
[0008] 所述低聚物為分子量在2000-20000之間的短支鏈，兩端或一端為極性端基的聚 合物或者樹枝狀聚合物；
[0009] 低聚物和微納米粒子的重量比為1 :0. 1~1 :4 ;優(yōu)選為1 :0. 5~1 :2。
[0010] 其中，當(dāng)所述低聚物為線性低聚物時(shí)，需要和多元素復(fù)配，所述聚合物加工助劑包 括低聚物、微納米粒子和多元酸；
[0011] 低聚物和多元酸的重量比為1000:1~10:1 ;優(yōu)選600 :1~60 :1。
[0012] 線性低聚物優(yōu)選為聚乙二醇、水溶性聚酯中的一種或組合。
[0013] 所述微納米粒子包括無機(jī)粒子和有機(jī)粒子；
[0014] 本發(fā)明所述微納米粒子包括無機(jī)粒子或有機(jī)粒子，其種類并無特殊限定，只要是 其粒子至少有一維平均尺寸為微納米級(jí)，如在lnm~1000 μπι間即可。其中所述無機(jī)粒子 可優(yōu)選自以下物質(zhì)之一或其組合：碳酸鈣、蒙脫土、二氧化硅、玻璃、滑石粉、氧化鋅、二氧化 鈦、碳納米管、碳纖維、氮化硼納米管、二氧化鋯、沸石；更優(yōu)選為具有層狀結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)和 一維結(jié)構(gòu)的材料，如蒙脫土、二氧化硅以及沸石中的至少一種。所述有機(jī)粒子可優(yōu)選自以下 物質(zhì)之一或其組合：粉末橡膠、硅膠。
[0015] 所述聚合物加工助劑，由包含有以下步驟的方法制備而得：
[0016] 將所述低聚物加熱熔融，按所述含量加入微納米粒子、或者微納米粒子和多元酸； 加熱攪拌至混合均勻后，將產(chǎn)物取出，冷卻后研磨得到粉末狀的聚合物加工助劑。
[0017] 優(yōu)選：
[0018] 將100份低聚物加熱至熔融，加入10-400份微納米粒子，或者0. 1-10份低聚物和 10-400份微納米粒子，攪拌至均勻后，隔10分鐘攪拌一次，加熱10-120分鐘后，將產(chǎn)品取 出，常溫放置，熔體凝固后研磨得到粉末狀助劑。
[0019] 用于3D打印的基體樹脂中，加工助劑的添加量為100份樹脂中添加0. 05份-3份。
[0020] 本發(fā)明提供的3D打印用聚合物材料加工助劑采用多元酸和微納米粒子對(duì)線形或 樹枝化極性端基低聚物進(jìn)行改性。提高低聚物的耐熱性和潤(rùn)滑效果，因此相對(duì)于傳統(tǒng)潤(rùn)滑 劑更穩(wěn)定，更有效率，加入量大幅度減少。相對(duì)于市售的加工助劑，成本大大降低。除此之 外，本發(fā)明還有原材料成本低，無污染，制備工藝簡(jiǎn)單、易于操作，適于工業(yè)化應(yīng)用等顯著的 優(yōu)點(diǎn)。所制備出的3D打印試樣相對(duì)于未加加工助劑的對(duì)比產(chǎn)品外表光滑，韌性強(qiáng)。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0022] 原料：
[0023] 聚乳酸（PLA) :REV0DE201，海正生物材料股份有限公司；
[0024] 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS) :8391，中國(guó)石油化工股份有限公司高橋石 化；
[0025] 聚酰胺6(PA6) :M2800,新會(huì)美達(dá)有限公司；
[0026] 聚乙二醇（PEG):分子量6000,日本進(jìn)口分裝；
[0027] 樹枝狀高分子：威海晨源化工公司；
[0028] 硼酸：化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司；
[0029] 水溶性聚酯：揚(yáng)州新惠纖維材料研究所有限公司；
[0030] 納米蒙脫土：DK1，十八烷基三甲基溴化銨為插層劑改性，浙江豐虹粘土化工有限 公司；
[0031] 納米粉末橡膠：VP101，中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院。
[0032] 助劑1 :將30份PEG6000加熱熔融，加入0. 5份硼酸和20份納米粉末橡膠VP101， 用攪拌至均勻后，隔10分鐘攪拌一次，加熱120分鐘后，將產(chǎn)品常溫放置，熔體凝固后研磨 得到粉末狀助劑。
[0033] 助劑2 :將樹枝化高分子30份和20份粉末橡膠VP101，在高速攪拌機(jī)中共混10分 鐘。
[0034] 助劑3 :將水溶性聚酯30份和20份粉末橡膠VP101，在高速攪拌機(jī)中共混10分 鐘。
[0035] 助劑4 :將30份PEG6000加熱熔融，加入0. 5份硼酸和20份納米蒙脫土，用攪拌 至均勻后，隔10分鐘攪拌一次，加熱120分鐘后，將產(chǎn)品常溫放置，熔體凝固后研磨得到粉 末狀助劑。
[0036] 助劑5 :將30份PEG6000加熱熔融，加入0. 5份硼酸和6份納米粉末橡膠VP101， 用攪拌至均勻后，隔10分鐘攪拌一次，加熱120分鐘后，將產(chǎn)品常溫放置，熔體凝固后研磨 得到粉末狀助劑。
[0037] 助劑6 :將30份PEG6000加熱熔融，加入0. 05份硼酸和100份納米粉末橡膠 VP101，用攪拌至均勻后，隔10分鐘攪拌一次，加熱120分鐘后，將產(chǎn)品常溫放置，熔體凝固 后研磨得到粉末狀助劑。
[0038] 實(shí)施例1 :將100份ABS樹脂和0. 5份助劑1，加入wp25擠出機(jī)中共混，造粒工藝 為 250rpm,各段溫度為 205-210-210-210-210-210-210-215°C ;加料速度 5%。
[0039] 實(shí)施例2 :將100份ABS樹脂和0. 5份助劑2,加入wp25擠出機(jī)中共混，造粒工藝 為 250rpm,各段溫度為 205-210-210-210-210-210-210-215°C ;加料速度 5%。
[0040] 實(shí)施例3 :將100份ABS樹脂和0. 5份助劑3,加入wp25擠出機(jī)中共混，造粒工藝 為 250rpm,各段溫度為 205-210-210-210-210-210-210-215°C ;加料速度 5%。
[0041] 實(shí)施例4 :將100份ABS樹脂和0. 5份助劑4,加入wp25擠出機(jī)中共混，造粒工藝 為 250rpm,各段溫度為 205-210-210-210-210-210-210-215°C ;加料速度 5%。
[0042] 實(shí)施例5 :將100份ABS樹脂和0. 36份助劑5,加入wp