提高3D打印高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法

提高3d打印高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法
技术领域
1.本发明涉及3d打印技术领域，特别地，涉及一种提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法。


背景技术：

2.3d打印技术是近年来迅速发展的一种快速塑型技术，依据其工作原理可划分为选择性激光烧结技术、立体光固化技术、熔融沉积成型技术等。其中熔融沉积成型又因其原理简单、成本低廉、操作方便等特点而成为了当前应用最为广泛的3d打印技术之一。该技术不仅能以合理的成本高效地打印物体，而且还能将不同类型的高分子聚合物(例如，聚乳酸)与纺织基材相结合。通过这种方式，可以获得多样的织物-聚合物复合物，在保持3d打印特点的同时，又能使复合物具有纺织材料的柔软和舒适感。
3.在3d打印过程中，由于两类材料属性存在差异性，通常沉积较为困难，难以在两者之间形成有效而稳定的粘合界面。这给后续的常规加工带来诸多困难，大大地限制了其在具体工业领域中的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法，以解决现有技术中沉积困难，无法在高分子聚合物和纺织基材之间形成有效稳定的粘合界面的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法，包括对所述纺织基材利用化学方法进行预处理；将预处理后的所述纺织基材进行清洗、干燥；使用熔融沉积3d打印技术在纺织基材表面进行聚乳酸的挤出成型。
6.在本发明提供的提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法中，在对所述纺织基材利用化学方法进行预处理的所述步骤中，对所述纺织基材采用氢氧化钠溶液进行预处理。
7.在本发明提供的提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法中，所述氢氧化钠溶液的浓度，按重量百分比计，为3％～4％。
8.在本发明提供的提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法中，所述纺织基材与所述氢氧化钠溶液的浴比为1：50。
9.在本发明提供的提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法中，所述纺织基材选自涤纶和亚麻布中的一种。
10.在本发明提供的提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法中，在对所述纺织基材利用化学方法进行预处理的步骤之后，还包括：将预处理好的所述纺织基材浸泡5分钟。
11.在本发明提供的提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合
性能的方法中，在将预处理后的所述纺织基材进行清洗、干燥的所述步骤中，使用去离子水对浸泡后的所述纺织基材进行清洗，清洗次数为3次～5次，每次清洗时长为1分钟～2分钟。
12.在本发明提供的提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法中，在将预处理后的所述纺织基材进行清洗、干燥的所述步骤中，干燥处理是在鼓风烘箱内以60℃-80℃的温度干燥6小时，使织物完全干燥。
13.本发明提供的提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法具有以下有益效果：本发明提供的提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法，采用化学预处理方式来解决利用熔融沉积3d打印技术复合聚乳酸与纺织基材过程中的界面粘接强度弱的难题；本发明通过使用氢氧化钠分别对涤纶和亚麻布两种梭织面料进行预处理，从而有效地使3d打印高分子聚合物聚乳酸与预处理后的织物形成交联状态，织物与聚乳酸之间的界面进一步渗透、融合，提高他们之间的附着力；该提高界面粘附力的方法操作方便，有效提升了聚乳酸与梭织织物结合后的粘合性能，拓展了基于纺织基材进行熔融沉积3d打印应用的可能性。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
15.图1为本发明一实施例提供的粘附力测试示意图；
16.图2为本发明一实施例提供的在预处理后的涤纶和亚麻布两种梭织面料上进行熔融沉积3d打印聚乳酸后的粘附界面说明。
具体实施方式
17.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
18.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
19.本发明总的思路是：针对现有技术的方法沉积困难，无法在高分子聚合物和纺织基材之间形成有效稳定的粘合界面的问题的，提供一种提高基于熔融沉积3d打印的高分子聚合物与纺织基材之间粘合性能的方法，采用化学预处理方式来解决利用熔融沉积3d打印技术复合聚乳酸与纺织基材过程中的界面粘接强度弱的难题。本发明通过使用氢氧化钠分别对涤纶和亚麻布两种梭织面料进行预处理，从而有效地使3d打印高分子聚合物聚乳酸与预处理后的织物形成交联状态，织物与聚乳酸之间的界面进一步渗透、融合，提高他们之间的附着力。该提高界面粘附力的方法操作方便，有效提升了聚乳酸与梭织织物结合后的粘合性能，拓展了基于纺织基材进行熔融沉积3d打印应用的可能性。
20.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上
述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
21.本发明公开了一种基于熔融沉积3d打印的提高高分子聚合物聚乳酸与纺织基材之间粘合性能的方法，该方法采用氢氧化钠分别对涤纶和亚麻布进行表面预处理，使通过熔融沉积型挤出的聚乳酸与预处理后的织物形成交联状态，织物与聚乳酸之间的界面进一步渗透、融合，提高他们之间的附着力及稳定性。表1为本发明一实施例中所使用的涤纶及亚麻织物的基本性能参数；表2为本发明一实施例中所使用的聚乳酸的基本性能参数；表3为本发明一实施例提供的具体打印参数。
22.表1
[0023][0024][0025]
表2
[0026][0027]
表3
[0028][0029][0030]
实施例1-在涤纶织物基底上3d打印聚乳酸
[0031]
步骤1：按化学品原料的重量百分比4％称取氢氧化钠；
[0032]
步骤2：将称量好的原料放入去离子水中配比溶液；
[0033]
步骤3：将涤纶放入配比好的溶液中浸泡，其中，涤纶与氢氧化钠溶液的浴比为1：50，织物浸泡时长为5分钟；
[0034]
步骤4：将浸泡后的织物取出，使用去离子水清洗，清洗次数为3次，每次清洗时长为1分钟；
[0035]
步骤5：将清洗后的织物进行干燥处理，干燥处理是在鼓风烘箱内以70℃的温度干燥6小时，使织物完全干燥；
[0036]
步骤6：使用熔融沉积3d打印技术在处理后的涤纶进行聚乳酸的挤出成型。
[0037]
步骤7：将在纺织基材上3d打印所得制品于相对湿度(rh)为65
±
2％，标准大气温度为21
±
1℃的条件下静置24小时，而后测试剥离3d打印聚乳酸与纺织基材所需得最大拉伸力(依据en1373-2015标准)。剥离3d打印聚乳酸与纺织基材所需最大拉伸力的提升率为95％。详细结果见表4.
[0038]
实施例2-在亚麻织物基底上3d打印聚乳酸
[0039]
步骤1：按化学品原料的重量百分比3％称取氢氧化钠；
[0040]
步骤2：将称量好的原料放入去离子水中配比溶液；
[0041]
步骤3：将亚麻布放入配比好的溶液中浸泡，其中，亚麻布与氢氧化钠溶液的浴比为1：50，织物浸泡时长为5分钟；
[0042]
步骤4：将浸泡后的织物取出，使用去离子水清洗，清洗次数为2次，每次清洗时长为2分钟；
[0043]
步骤5：将清洗后的织物进行干燥处理，干燥处理是在鼓风烘箱内以70℃的温度干燥6小时，使织物完全干燥；
[0044]
步骤6：使用熔融沉积3d打印技术在处理后的亚麻布进行聚乳酸的挤出成型。
[0045]
步骤7：将在纺织基材上3d打印所得制品于相对湿度(rh)为65
±
2％，标准大气温
度为21
±
1℃的条件下静置24小时，而后测试剥离3d打印聚乳酸与纺织基材所需得最大拉伸力(依据en1373-2015标准)。剥离3d打印聚乳酸与纺织基材所需最大拉伸力的提升率为49.7％。详细结果见表4.
[0046]
表4
[0047][0048]
图1为本发明一实施例提供的粘附力测试示意图；图2为使用熔融沉积3d打印技术在处理前及处理后的纺织基材上进行聚乳酸沉积的界面sem图：其中，(1)为聚乳酸与处理前涤纶织物之间的界面sem图；(2)为聚乳酸与处理后涤纶织物之间的界面sem图；(3)为聚乳酸与处理前亚麻织物之间的界面sem图；(4)为聚乳酸与处理后亚麻织物之间的界面sem图。表4为本发明一实施例提供的在预处理后的涤纶和亚麻布两种梭织面料上进行熔融沉积3d打印聚乳酸的粘附力提升效果说明。由图2和表4可知，通过采用氢氧化钠对涤纶和亚麻布进行预处理，能够有效地清洁织物表面，并对织物内部结构产生一定的影响，从而显著影响织物的力学性能。当高分子聚合物沉积在预处理过的织物上时，界面之间形成交联状态，从而增加了织物的界面附着力，有效提高以纺织品为基材的熔融沉积3d打印复合物的物理粘合性能。此外，所采用的氢氧化钠是商用级别的常规化学物质，易于获取，使用简单。采用配比好的溶液对织物进行浸泡处理后，有效提升了界面附着力，方便快捷，适用于工业化生产。
[0049]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
[0050]
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
[0051]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0052]
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的
元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。