一種多功能3d打印線材的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于制備打印高分子線材的技術領域，更具體地，本發明特別涉及一種多功能3D打印線材的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，國外率先開發的一種“增材制造技術”，即3D打印技術。其基本原理是疊層制造，逐層增加材料來生成三維實體的技術。其廣泛應用于模具制造、產品原型等領域用于替代傳統加工工藝，伴隨著3D打印技術不斷拓展該項技術已逐漸在醫學、生物工程、建筑、服裝、航空等領域得到廣泛關注和使用。
[0003]3D打印技術主要有選擇性激光燒結(SLS)、立體光固化(SLA)、熔融沉積成型(FDM)等，其中FDM是最常用也是目前最成熟的一種，其原理是利用高分子聚合物在熔融狀態下噴頭擠壓成型，通過層層疊加成制品。
[0004]3D打印技術在我國在最近幾年得到了長足的發展也受到廣泛的關注，特別是FDM技術，但是3D打印技術的發展不單單是3D打印設備的制造，更關鍵的是3D打印材料的發展，目前我國市面上應用的3D打印高分子材料主要為聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚(ABS)和尼龍(PA)三種，如專利號為CN105255122A公開的一種聚丁二酸丁二醇酯3D打印線材及其制備方法，采用PBS作為基材，利用其較好的生物降解性、生物相容性以及較好的韌性;又如專利號為CN104530669A的發明專利公開的一種可用于3D打印的改性聚乳酸PLA材料及其制備方法，該方法利用聚丁二酸丁二醇酯作為增韌劑對PLA進行增韌改性。該方法雖然能夠提高PLA的韌性，但是由于改性后的線材為PLA和PBS兩相體系，改性PLA的拉伸強度不高，而且在打印過程中容易造成相分離，使得打印效果差。但是這種單一基材所得到的打印線材，都受單一基材特性的限制，例如PBS雖然韌性夠，但是強度差，支撐力差，容易變形，打印效果不理想，聚乳酸(PLA)雖然質硬、較高的拉伸強度、壓縮模量，擔起韌性差，缺乏柔性和彈性。而且，目前制備混合高分子線材的設備單一，要不是單螺桿要不是雙螺桿，在多種添加過程中對原料干燥程度要求高，高分子材料在多次受熱情況下降解厲害，導致生產出來的3D打印線材質量穩定性差，能耗高，線材產品的尺寸穩定低，對后續3D打印時噴頭的污染嚴重和腔體進料和成型過程中的穩定差。

【發明內容】

[0005]為解決上述技術問題，本發明提供一種多功能3D打印線材的制備方法，操作簡單，PLA與其他多種高分子材料混合降解小，充分利用不同高分子材料的特性，產品質量穩定，綜合性能好，能耗低。
[0006]本發明是通過以下的技術方案實現的:
一種多功能3D打印線材的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:(I)將高分子材料一、顏料一、功能性添加劑一和助劑一，混合得到第一混合料；(2)將高分子材料二、顏料二、功能性添加劑二及助劑二混合得到第二混合料；(3)將第一混合料與第二混合料混合，擠出成型，得到打印線材;所述高分子材料一為PLA和/或PBT、PBS、PBAT、PBST、PA中一種或幾種;所述高分子材料二為 PLA、ABS、TPU、PET、PBT、PTT、PBS、PBAT、PBST、PA—種或幾種。
[0007]上述技術方案通過選擇合適的兩組高分子材料，第一混合料中具備線材的主成分，選用PLA，首先是其作為主成分，得到線材更符合3D打印的要求，而且與PLA可以配合使用的其它高分子材料，這里所選用的幾種其它高分子材料，具有線材所需要的特性，而且與PLA混合，不會影響彼此作為線材需要的特性;分別添加對應的功能性添加劑和助劑，避免不同高分子材料之間相互影響，將不同組的高分子材料保持其本身特性，之后通過復合，將不同材料的特性綜合，滿足3D打印線材的需要，具有較好的韌性、彈性、耐磨性等，線材的尺寸穩定性好。
[0008]作為優選，所述第一混合料和所述第二混合料分別在一個具有排氣功能的雙螺桿擠出機中混合擠出形成。即采用設置排氣功能的雙螺桿擠出機，使得原料干燥程度要求降低，同時采用較大的壓縮比使混合均勻，降低干燥成本，提高干燥效率。
[0009]作為優選，所述顏料一和顏料二可以相同也可以不同，即可以根據高分子材料一和高分子材料二的染色容易程度來選擇不同的顏料。
[0010]作為優選，所述第一混合料和所述第二混合料分別依次經過一個具有排氣功能的雙螺桿擠出機混合、高精度過濾器過濾后形成，降低雜質或混合產生的凝膠粒子對線材的尺寸穩定性的影響。
[0011]作為優選，所述的過濾器過濾精度為過濾孔徑小于20um，進一步降低雜質或混合產生的凝膠粒子對線材的尺寸穩定性的影響。
[0012]作為優選，所述高分子材料一、顏料一和功能性添加劑一的添加質量比為0.Ι-Ο.5:95-105:0.1-1.0。由于高分子材料一中含有線材的主成分PLA，其組分里的添加劑等的種類以及添加配比，對其性能影響尤其顯著，通過控制顏料、添加劑與高分子材料的配比，得到的線材穩定性更好，成型性能更佳，打印時不會出現變形，而且長時間保存，不會出現質量的下降。
[0013]作為優選，所述第一混合料與所述第二混合料的混合質量比為3-10:1-3，第一混合料和第二混合料的配比，影響各組分特性在線材中的體現，對線材綜合性能影響較大，大量研究得到該配比，可以充分有效發揮和高分子材料的優質特性，確保線材的質量。
[0014]作為優選，所述高分子材料二、顏料二和功能性添加劑二的添加質量比為Ile-gs: 1.0-5.0，針對不同的高分子，對應改變配比，得到的第二混合料與第一混合料的配合度更高，對線材的質量更有保障，得到的線材成型度更好。
[0015]作為優選，所述功能性添加劑一包括阻燃助劑、填料、增塑劑和穩定劑，所述阻燃助劑為磷酸酯或者氫氧化鋁或者兩者的混合物;所述增塑劑為磷酸酯類增塑劑。所用到的功能性添加劑，要與高分子材料以及其它組分相適，彼此不會影響彼此功能的發揮，所選用的種類有利于提高線材的性能，尤其是磷酸酯類增塑劑，不僅僅具有其本身的功能，還能促進PLA對光的穩定性，添加后，線材保存時間更長，不會出現老化。
[0016]功能性添加劑二可以根據本領域的普通技術人員的常規選擇來選用，可以有阻燃劑、熱穩定劑、光穩定劑、增塑劑、抗氧化劑等，種類也可以選用一些塑料領域常用的。
[0017]作為優選，所述填料包括重量百分比為10-20%的硅酸鹽、45-60%粘土和25-45%的蒙脫石，蒙脫石的純度為80-85%。填料對線材的性能影響較為明顯，種類以及添加量的細微變化，都會導致線材質量的不穩定，該技術方案中的配方，有利于線材保持更合適的韌性、彈性、耐磨性，尤其是蒙脫石的添加，大大提高了線材的韌性，使得線材的成型性更好，并且蒙脫石添加在第一混合料中比添加在第二混合料中，這種效果更顯著。
[0018]作為優選，所述第一混合料與所述第二混合料在高效動態混合器內混合，高效動態混合器為一個多腔式的研磨裝置，各腔之間的轉速可在0-2000轉/分鐘內調整，使得多種功能的高分子材料進行復合時分散均勻降低高剪切力帶來的降解，確保產品的品質，降低高分子的熱降解，同時又確保其混合均勻。
[0019]本發明的有益效果為:
本發明提供了一種制備多功能3D打印線材的方法，該方法克服了常規3D打印線材制備方法制備多功能多種高分子材料復合難以生產質量穩定的3D打印線材的難題，并且采用合適的功能性添加劑和助劑，按照合適的配比加入，得到的線材具有較好的韌性、彈性、耐磨性等，線材的尺寸穩定性、光穩定性更好，保存時間更長，而且采用設有排氣功能的雙螺桿使得前期的高分材料、功能性添加劑等原料干燥程度等要求較低，降低能耗，降低工藝難度;采用的高效動態混合器使得多種功能的高分子材料進行復合時分散均勻降低高剪切力帶來的降解，確保產品的品質。
【具體實施方式】
[0020]以下結合實施例，對本發明做進一步說明。
[0021]實施例1
將顏料一紅色顏料、聚乳酸(PLA)、功能性添加劑一按質量比為0.2:99.5:0.3，并加入助劑一，助劑一為抗靜電劑，本實施例采用季銨鹽，功能性添加劑一包括阻燃助劑、填料、增塑劑和穩定劑，阻燃助劑為磷酸酯；增塑劑為磷酸酯類增塑劑;穩定劑二鹽基亞磷酸鉛;填料包括重量百分比為10%的硅酸鹽、60%粘土和30%的蒙脫石;將上述的各組分注入第一個雙螺桿擠出機