一种高性能抗形变3D打印用高分子材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种高性能抗形变3d打印用高分子材料及其制备方法，属3d打印技术领域。

背景技术：

目前3d打印技术在模具、零件等众多的加工领域中均得到广泛的应用，但在实际使用中发现，当前虽然各类的3d打印设备种类众多、加工成型工件结构精度、加工效率就较高，且加工作业运行能耗相对较低，可有效满足多种零部件工件等加工作业的需要，但在当前可有效与3d打印设备配套使用的打印材料相对较少，且打印材料的自身结构性能相对较差，不能有效满足不同工件实际使用的需要，从而严重限制了3d打印技术的推广和应用，因此针对这一现状，迫切需要开发一种可有效满足3d打印作业需要的高分子材料，以满足实际使用的需要。

技术实现要素：

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种高性能抗形变3d打印用高分子材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高性能抗形变3d打印用高分子材料，由以下质量份数物质构成：羟基磷灰石1%、碳酸钙0.5%—2.8%、表面改性剂0.1%—1.1%、抗氧化剂0.2%—0.8%、陶瓷颗粒粉1.2%—7.5%、颜色粉末0.1%—0.5%、粘接剂0.05%—0.2%、偶联剂0—1.1%、二异氰酸酯结合结晶扩链剂0—2.3%，石墨烯纤维0—1.5%，余量为高分子聚合物。

进一步的，所述的羟基磷灰石为100—500目的粉末状碱式磷酸钙，所述的碳酸钙、陶瓷颗粒粉均为100—500目的粉末结构。

进一步的，所述的高分子聚合物为聚乳酸、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物及聚己内酯中的任意一种。

进一步的，所述的颜色粉末包括有机颜料及无机颜料中的任意一种，其中机颜料为大红粉、偶淡黄、酞青蓝中的任意一种，无机颜料为钛白、锌钡白、铅镉黄、铁蓝中的任意一种。

进一步的，所述的表面改性剂为正丁醇、聚乙二醇、硅烷偶联剂中的任意一种。

进一步的，所述的抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂626中的任意一种。

进一步的，所述的粘接剂为热固性弹性体及热塑性弹性体中的任意一种。

进一步的，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，种类为kh-590、kh-570、kh-560和kh-550中的任意一种。

一种高性能抗形变3d打印用高分子材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，原料预处理，先将表面改性剂分别与羟基磷灰石、碳酸钙进行混合并搅拌均匀，进行改性作业，并在完成改性作业后，分别对改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙用常温去离子水清洗，最后对清洗后的改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙进行干燥，并再次破碎得到300目以上的改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙粉末状原料；

第二步，混料，将表面改性剂、抗氧化剂、陶瓷颗粒粉、颜色粉末、粘接剂、偶联剂、二异氰酸酯结合结晶扩链剂，石墨烯纤维、高分子聚合物、改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙粉末添加到搅拌设备中，在20℃—60℃恒温环境下搅拌均匀，并在完成搅拌后保温静置10—20分钟；

第三步，初步造粒，完成第二步后，将经过混合后的物料添加到螺杆挤出机进行挤出作业，然后将从螺杆挤出机挤出的物料由温度为0℃—5℃、风速为3m/s—10m/s的低温空气进行降温冷却，然后将挤出的物料通过粉碎造粒机粉碎成直径为0.1—3毫米的颗粒物料备用；

第四步，二次造型，完成第三步作业后，向第二步制备得到的颗粒物料添加到螺杆挤出机中挤出作业，并将挤出得到的熔融态物料通过成型模具造型，然后将通过模具造型后的物料由温度为0℃—5℃、风速为3m/s—10m/s的低温空气进行降温冷却定型，即可得到成品3d打印用高分子材料。

进一步的，所述的第三步中，螺杆挤出机挤出作业的最高温度不超过80℃，挤出螺杆转速为10—50r/min，第四步中，螺杆挤出机挤出作业的最高温度不超过200℃，挤出螺杆转速为50—130r/min。

本发明一方面生产原料获取容易，成本低廉，原料污染性低，生产工艺简单易行，加工效率高，运行能耗相对较低，另一方面在具备良好的热塑成型能力的同时，还具备良好的机械结构强度、结构韧性、隔热及保温性能好，从而在有效满足3d打印作业生产需要的同时，另可有效的提高3d打印制备工件的产品质量和使用性能。

附图说明

图1为本发明的制备工艺流程图；

图2为本发明拉伸实验的应力-应变曲线图。

具体实施方式

实施例1

如图1和2所示，一种高性能抗形变3d打印用高分子材料，由以下质量份数物质构成：羟基磷灰石%、碳酸钙1%、表面改性剂0.5%、抗氧化剂0.2%、陶瓷颗粒粉1.5%、颜色粉末0.5%、粘接剂0.1%、二异氰酸酯结合结晶扩链剂1.1%，石墨烯纤维0.5%，余量为高分子聚合物。

本实施例中，所述的羟基磷灰石为500目的粉末状碱式磷酸钙，所述的碳酸钙、陶瓷颗粒粉均为300目的粉末结构。

本实施例中，所述的高分子聚合物为聚乳酸。

本实施例中，所述的颜色粉末为铅镉黄。

本实施例中，所述的表面改性剂为聚乙二醇。

本实施例中，所述的抗氧化剂为抗氧剂1010。

本实施例中，所述的粘接剂为热固性弹性体。

本实施例中，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，种类为kh-59。

一种高性能抗形变3d打印用高分子材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，原料预处理，先将表面改性剂分别与羟基磷灰石、碳酸钙进行混合并搅拌均匀，进行改性作业，并在完成改性作业后，分别对改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙用常温去离子水清洗，最后对清洗后的改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙进行干燥，并再次破碎得到400目的改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙粉末状原料；

第二步，混料，将表面改性剂、抗氧化剂、陶瓷颗粒粉、颜色粉末、粘接剂、偶联剂、二异氰酸酯结合结晶扩链剂，石墨烯纤维、高分子聚合物、改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙粉末添加到搅拌设备中，在40℃恒温环境下搅拌均匀，并在完成搅拌后保温静置15分钟；

第三步，初步造粒，完成第二步后，将经过混合后的物料添加到螺杆挤出机进行挤出作业，然后将从螺杆挤出机挤出的物料由温度为5℃、风速为5m/s的低温空气进行降温冷却，然后将挤出的物料通过粉碎造粒机粉碎成直径为2毫米的颗粒物料备用；

第四步，二次造型，完成第三步作业后，向第二步制备得到的颗粒物料添加到螺杆挤出机中挤出作业，并将挤出得到的熔融态物料通过成型模具造型，然后将通过模具造型后的物料由温度为0℃、风速为10m/s的低温空气进行降温冷却定型，即可得到成品3d打印用高分子材料。

本实施例中，所述的第三步中，螺杆挤出机挤出作业的最高温度为70℃，挤出螺杆转速为30r/min，第四步中，螺杆挤出机挤出作业的最高温度为100℃，挤出螺杆转速为80r/min。

实施例2

如图1和2所示，一种高性能抗形变3d打印用高分子材料，由以下质量份数物质构成：碳酸钙、2%、表面改性剂1.1%、抗氧化剂0.8%、陶瓷颗粒粉6%、颜色粉末0.1%、粘接剂0.2%、偶联剂0.8%、二异氰酸酯结合结晶扩链剂2.3%，石墨烯纤维1.5%，余量为高分子聚合物。

本实施例中，所述的羟基磷灰石为200目的粉末状碱式磷酸钙，所述的碳酸钙、陶瓷颗粒粉均为300目的粉末结构。

本实施例中，所述的高分子聚合物为丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物。

本实施例中，所述的颜色粉末包为大红粉。

本实施例中，所述的表面改性剂为硅烷偶联剂。

本实施例中，所述的抗氧化剂为抗抗氧剂626。

本实施例中，所述的粘接剂为热塑性弹性体。

本实施例中，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，种类为kh-570。

一种高性能抗形变3d打印用高分子材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，原料预处理，先将表面改性剂与碳酸钙进行混合并搅拌均匀，进行改性作业，并在完成改性作业后，对改性后的碳酸钙用常温去离子水清洗，最后对改性后的碳酸钙进行干燥，并再次破碎得到500目改性后的碳酸钙粉末状原料；

第二步，混料，将表面改性剂、抗氧化剂、陶瓷颗粒粉、颜色粉末、粘接剂、偶联剂、二异氰酸酯结合结晶扩链剂，石墨烯纤维、高分子聚合物、改性后的碳酸钙粉末添加到搅拌设备中，在40℃恒温环境下搅拌均匀，并在完成搅拌后保温静置20分钟；

第三步，初步造粒，完成第二步后，将经过混合后的物料添加到螺杆挤出机进行挤出作业，然后将从螺杆挤出机挤出的物料由温度为5℃、风速为3m/s的低温空气进行降温冷却，然后将挤出的物料通过粉碎造粒机粉碎成直径为2毫米的颗粒物料备用，其中螺杆挤出机挤出作业的最高温度不超过60℃，挤出螺杆转速为10r/min；

第四步，二次造型，完成第三步作业后，向第二步制备得到的颗粒物料添加到螺杆挤出机中挤出作业，并将挤出得到的熔融态物料通过成型模具造型，然后将通过模具造型后的物料由温度为0℃、风速为8m/s的低温空气进行降温冷却定型，即可得到成品3d打印用高分子材料，其中螺杆挤出机挤出作业的最高温度不超过110℃，挤出螺杆转速为100r/min。

实施例3

如图1和2所示，一种高性能抗形变3d打印用高分子材料，由以下质量份数物质构成：羟基磷灰石0.1%、碳酸钙0.5%、表面改性剂1.1%、抗氧化剂0.3%、陶瓷颗粒粉5.5%、颜色粉末0.4%、粘接剂0.2%、石墨烯纤维0—1.5%，余量为高分子聚合物。

本实施例中，所述的羟基磷灰石为100—500目的粉末状碱式磷酸钙，所述的碳酸钙、陶瓷颗粒粉均为100—500目的粉末结构。

本实施例中，所述的高分子聚合物为聚己内酯。

本实施例中，所述的颜色粉末为铁蓝。

本实施例中，所述的表面改性剂为聚乙二醇。

本实施例中，所述的抗氧化剂为抗氧剂168。

本实施例中，所述的粘接剂为热固性弹性体

本实施例中，所述的偶联剂为硅烷偶联剂，种类为kh-550。

一种高性能抗形变3d打印用高分子材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，原料预处理，先将表面改性剂分别与羟基磷灰石、碳酸钙进行混合并搅拌均匀，进行改性作业，并在完成改性作业后，分别对改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙用常温去离子水清洗，最后对清洗后的改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙进行干燥，并再次破碎得到450的改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙粉末状原料；

第二步，混料，将表面改性剂、抗氧化剂、陶瓷颗粒粉、颜色粉末、粘接剂、石墨烯纤维、高分子聚合物、改性后的羟基磷灰石和改性后的碳酸钙粉末添加到搅拌设备中，在35℃恒温环境下搅拌均匀，并在完成搅拌后保温静置15分钟；

第三步，初步造粒，完成第二步后，将经过混合后的物料添加到螺杆挤出机进行挤出作业，然后将从螺杆挤出机挤出的物料由温度为0℃、风速为6m/s的低温空气进行降温冷却，然后将挤出的物料通过粉碎造粒机粉碎成直径为1.5毫米的颗粒物料备用，其中螺杆挤出机挤出作业的为65℃，挤出螺杆转速为25r/min；

第四步，二次造型，完成第三步作业后，向第二步制备得到的颗粒物料添加到螺杆挤出机中挤出作业，并将挤出得到的熔融态物料通过成型模具造型，然后将通过模具造型后的物料由温度为3℃、风速为7m/s的低温空气进行降温冷却定型，即可得到成品3d打印用高分子材料，螺杆挤出机挤出作业的最高温度为150℃，挤出螺杆转速为130r/min。

本发明一方面生产原料获取容易，成本低廉，原料污染性低，生产工艺简单易行，加工效率高，运行能耗相对较低，另一方面在具备良好的热塑成型能力的同时，还具备良好的机械结构强度、结构韧性、隔热及保温性能好，从而在有效满足3d打印作业生产需要的同时，另可有效的提高3d打印制备工件的产品质量和使用性能。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。