一種改性聚乳酸3D列印細絲材料及製備方法與流程
2023-08-06 18:23:41
本發明涉及一種改性聚乳酸3d列印細絲材料及製備方法，具體屬於3d列印材料
技術領域：
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背景技術：
：3d列印是一種新的快速成型技術，3d列印技術的優點是非常明顯的，無需事先準備模具，並且在製造過程中不浪費大量的材料，製造手段也比較簡單。其中，fdm3d列印製品可靠性高、力學性能好、價格低廉、體積小、無汙染、靈活、生產操作簡便且特別適合家庭、辦公室使用。然而機器和材料的局限性制約了fdm3d列印的發展，其中材料約束尤為關鍵。由於fdm3d列印的特殊成型方式，對材料各方面的性能要求極高，如熔體流動性好、快速凝固性、成型過程中不易堵噴嘴等，所以相對品種繁多的高分子材料，適用於fdm3d列印高分子材料數量很少。目前，fdm3d列印材料大部分是非降解高分子材料，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚醯胺(pa)、聚碳酸酯(pc)、聚醚醚酮(peek)等非降解高分子材料，不符合當今綠色環保再生材料的發展標準。pla是一種生物降解fdm3d列印高分子材料，但pla脆性較高、韌性較差，難以滿足更為廣泛的工業要求。因此，製備一種可列印、韌性好、可完全降解的改性聚乳酸細絲材料具有更大的應用前景。為了開發適合fdm3d列印且韌性好的pla細絲材料，專利cn106117997a介紹了一種以聚乳酸、矽烷偶聯劑、熱塑性彈性體與木粉為主要混合組分的新型聚乳酸複合3d列印材料的製備方法；專利cn106009569a介紹了一種以聚乳酸、abs、增韌劑、相容劑熔融共混組份的增韌改性聚乳酸3d列印材料的製備方法；專利(cn105385124a、cn106496980a、cn106189135a)分別介紹以碳纖維、石墨烯、玻璃纖維為無機填料改性聚乳酸的新型聚乳酸3d列印複合材料的製備方法。以上研究採用不降解的有機物和無機物增韌改性聚乳酸的3d列印細絲材料具有較好的列印性與韌性。本發明採用一種生物降解材料增韌改性聚乳酸(pla)與適合的擠出條件參數，製備出一種新的改性聚乳酸fdm3d列印生物降解細絲材料。通過調節增韌改性劑的含量可以製備多種不同性能的fdm3d列印生物降解細絲材料，同時，增韌改性pla還是一種列印好、韌性好、可完全降解的3d列印生物細絲材料，在工業製品、生活用品，特別是在生物醫療製品等方面有著巨大的潛在應用價值。技術實現要素：本發明的目的是提供一種適合fdm3d列印生物降解高分子細絲材料的製備方法。為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是：步驟1：增韌改性劑和聚乳酸共混物的製備增韌改性劑和聚乳酸在60℃下真空乾燥24h後，按質量比例加入到高速混合機中混合均勻，並採用擠出機熔融共混擠出造粒，製得增韌改性劑和聚乳酸共混物；共混擠出機三段加工溫度分別設定為160~165℃、170~175℃和175~180℃；增韌改性劑、聚乳酸的質量比例為：0~40份∶60~100份。步驟2：增韌改性劑和聚乳酸共混物細絲的製備以步驟1製備的共混物為原料，採用桌面擠出機，在180~200℃的擠出溫度與2~6rpm的螺杆轉速下，擠出直徑為1.75±0.1mm的增韌改性劑和聚乳酸共混物細絲，即得到改性聚乳酸3d列印細絲材料。所述的增韌改性劑是pcl(聚己內酯)、peg(聚乙二醇)或tbc(檸檬酸三丁酯)。本發明的有益效果：本發明採用增韌改性pla製備fdm3d列印高分子材料，既克服了fdm3d列印高分子材料種類的限制，又改善了pla的韌性，同時還可完全降解，在工業製品、生活用品，特別是在生物醫療製品等方面有著巨大的潛在應用價值。具體實施方式實施例1步驟1：聚乳酸(pla)/聚己內酯(pcl)共混物的製備將pla和pcl在60℃下真空乾燥24h，然後按照一定配比稱量在高速混合機中充分混合，採用單螺杆擠出機熔融擠出造粒製備pla/pcl共混物，擠出機三段溫度分別設定為165℃、175℃、180℃，共混物按質量份數組成：聚乳酸100份，聚己內酯0份。步驟2：pla/pcl共混物細絲的製備在一定的擠出溫度(190℃)與螺杆轉速(3.5rpm)下，使用桌面擠出機製備合格細絲。實施例2步驟1：pla/pcl共混物的製備將pla和pcl在60℃下真空乾燥24h，然後按照一定配比稱量在高速混合機中充分混合，採用單螺杆擠出機熔融擠出造粒製備pla/pcl共混物，擠出機三段溫度分別設定為165℃、175℃、180℃，共混物按質量份數組成：聚乳酸100份，聚己內酯0份。步驟2：pla/pcl共混物細絲的製備在一定的擠出溫度(200℃)與螺杆轉速(5rpm)下，使用桌面擠出機製備合格細絲。實施例3步驟1：pla/pcl共混物的製備將pla和pcl在60℃下真空乾燥24h，然後按照一定配比稱量在高速混合機中充分混合，採用單螺杆擠出機熔融擠出造粒製備pla/pcl共混物，擠出機三段溫度分別設定為165℃、175℃、180℃，共混物按質量份數組成：聚乳酸90份，聚己內酯10份。步驟2：pla/pcl共混物細絲的製備在一定的擠出溫度(195℃)與螺杆轉速(3.6rpm)下，使用桌面擠出機製備合格細絲。實施例4步驟1：pla/pcl共混物的製備將pla和pcl在60℃下真空乾燥24h，然後按照一定配比稱量在高速混合機中充分混合，採用單螺杆擠出機熔融擠出造粒製備pla/pcl共混物，擠出機三段溫度分別設定為165℃、175℃、180℃，共混物按質量份數組成：聚乳酸80份，聚己內酯20份。步驟2：pla/pcl共混物細絲的製備在一定的擠出溫度(195℃)與螺杆轉速(3.8rpm)下，使用桌面擠出機製備合格細絲。實施例5步驟1：pla/pcl共混物的製備將pla和pcl在60℃下真空乾燥24h，然後按照一定配比稱量在高速混合機中充分混合，採用單螺杆擠出機熔融擠出造粒製備pla/pcl共混物，擠出機三段溫度分別設定為165℃、175℃、180℃，共混物按質量份數組成：聚乳酸70份，聚己內酯30份。步驟2：pla/pcl共混物細絲的製備在一定的擠出溫度(190℃)與螺杆轉速(4rpm)下，使用桌面擠出機製備合格細絲。實施例6步驟1：pla/pcl共混物的製備將pla和pcl在60℃下真空乾燥24h，然後按照一定配比稱量在高速混合機中充分混合，採用單螺杆擠出機熔融擠出造粒製備pla/pcl共混物，擠出機三段溫度分別設定為165℃、175℃、180℃，共混物按質量份數組成：聚乳酸60份，聚己內酯40份。步驟2：pla/pcl共混物細絲的製備在一定的擠出溫度(190℃)與螺杆轉速(4.8rpm)下，使用桌面擠出機製備合格細絲。實施例1-6的細絲性能測試如下(細絲的密度為d、細絲的表面粗糙度為ra、細絲的極限拉伸應力為σ、細絲的斷裂伸長率為eb)實施例7步驟1：pla/peg共混物的製備將pla和peg在60℃下真空乾燥24h，然後按照一定配比稱量在高速混合機中充分混合，採用單螺杆擠出機熔融擠出造粒製備pla/peg共混物，擠出機三段溫度分別設定為162℃、172℃、178℃，共混物按質量份數組成：聚乳酸90份，聚乙二醇10份。步驟2：pla/pcl共混物細絲的製備在一定的擠出溫度(190℃)與螺杆轉速(3.8rpm)下，使用桌面擠出機製備合格細絲。實施例7的細絲性能測試如下(細絲的密度為d、細絲的表面粗糙度為ra、細絲的極限拉伸應力為σ、細絲的斷裂伸長率為eb)d(g·cm-3)ra(um)σ(mpa)eb(%)1.19±0.040.116±0.00947.1±4.611.8±1.3實施例8步驟1：pla/tbc共混物的製備將pla在60℃下真空乾燥24h，然後按照一定配比稱量充分混合，採用單螺杆擠出機熔融擠出造粒製備pla/tbc共混物，擠出機三段溫度分別設定為160℃、170℃、175℃，共混物按質量份數組成：聚乳酸90份，檸檬酸三丁酯10份。步驟2：pla/tbc共混物細絲的製備在一定的擠出溫度(190℃)與螺杆轉速(4.0rpm)下，使用桌面擠出機製備合格細絲。實施例8的細絲性能測試如下(細絲的密度為d、細絲的表面粗糙度為ra、細絲的極限拉伸應力為σ、細絲的斷裂伸長率為eb)d(g·cm-3)ra(um)σ(mpa)eb(%)1.13±0.050.102±0.01142.1±4.618.9±4.3當前第1頁12