[發明專利]一種熔融沉積成型用亞光聚乳酸絲材及其制備方法

有效

• 申請號: 201610870588.5
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106280344B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發明（設計）人: 于翔;范利丹;徐茜;王延偉;王非;陳壘;張浩
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L71/02;C08L91/00;C08L23/06;C08K13/02;C08K3/36;B29C47/92
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;張志軍

本發明公開了一種熔融沉積成型用亞光聚乳酸絲材及其制備方法。熔融沉積成型用亞光聚乳酸絲材是由下述重量份數的原料制成的：聚乳酸100、納米二氧化硅1?20、微米二氧化硅1?15、潤滑劑0.9?3、增塑劑0.1?5、穩定劑0.01?0.5，納米二氧化硅與微米二氧化硅的用量之比為1:5~5:1。本發明添加微米二氧化硅后，能夠獲得具有良好亞光效果的FDM用亞光聚乳酸絲材，亞光聚乳酸絲材通過FDM制造的成型零件表面不會觀察到清晰的打印紋理，顯著提高了FDM成型零件的表面質量，配合添加的納米二氧化硅使得FDM打印的聚乳酸制件具有更好的力學性能和低收縮率，打印精度提高。

技術領域

本發明涉屬于3D打印技術和塑料加工領域，具體涉及一種熔融沉積成型用亞光聚乳酸絲材及其制備方法。

背景技術

3D打印技術是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或高分子材料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術突破了傳統材料變形成型和去除成型的工藝方法，可在沒有夾具或模具的條件下迅速制造出任意復雜形狀的三維實體零件，且可有效地降低產品開發周期。3D打印技術現已在信息技術、材料科學、精密機械等多個領域得到應用，在當今制造業中越來越具有競爭力，因此被稱為“具有工業革命意義的制造技術”。

3D打印技術包括熔融沉積成型、選擇性激光燒結、立體光固化成型等多種實現方式。其中，熔融沉積成型（Fused Deposition Molding, FDM）是一種將高分子絲材經固體-熔體-固體兩次相變加工成型的方法。高分子絲材由供絲機構送進噴頭，在噴頭中加熱至熔融態。熔融態材料從噴頭中擠出，按計算機給出的二維截面信息，隨加熱噴頭的運動，選擇性進行涂覆。一層完成后，噴頭上升一個層高（或工作臺下降一個層高），再進行下一層的涂覆，如此循環，最終形成三維制件。為保證FDM的順利實施，使用的高分子絲材需要具有合適直徑、熔體粘度等，這與在其他領域應用的高分子材料存在不同。

盡管作為一種新興技術，FDM具有操作簡便、加工周期短和制造成本低等優勢，在推廣過程中仍受到幾大限制：（1）基于層層疊加的制造方式，使得FDM獲得的成型零件表面能夠觀察到清晰的打印紋理（即使打印精度為100微米），表面質量差，通常采用機械拋光方法來提高表面質量；（2）由于FDM過程中不會對材料中的高分子鏈段進行一定的取向或剪切，導致成型零件力學性能低；（3）結晶或半結晶類高分子材料在FDM中應用時，材料的熔融結晶收縮使得成型零件易發生翹曲收縮等問題，嚴重影響打印精度；（4）最為重要的一點，目前應用于FDM的高分子材料種類較少，特別是具有特殊功能或效果的高分子材料種類非常匱乏。

現在FDM中采用的熱塑性材料主要為聚乳酸（PLA）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。與ABS相比，PLA具有加工溫度低、無刺激性氣味和可生物降解的優勢，近年來PLA在FDM中的應用愈來愈廣泛。在PLA中添加填料進行改性，是降低PLA成型零件翹曲收縮變形，提高力學性能的常規解決方案，也是目前FDM用PLA絲材的主要開發方向。專利CN105419266A公開了含有納米碳酸鈣的PLA復合材料，材料經打印后收縮率低，力學性能提高。專利CN105400166A中提及了在PLA中添加納米纖維素來提高力學性能。碳纖維、碳納米管及石墨烯的加入不僅能夠提升PLA成型零件的力學性能，還可以賦予導電特性，在專利CN105440560和專利CN105400118A中進行了詳細的介紹。除增強力學性能和打印精度外，更多具有特殊性能的FDM用PLA絲材還有待進一步開發。

亞光材料是指具有極為細小的顆粒狀表面的材料。當一束平行光線照射到材料表面，若是通常的光潔表面則只會發生鏡面反射，光線經反射會100%的進入人的眼睛，但若是亞光材料凹凸不平的表面則發生漫散射，此時光線因向各個方向散射而不能完全進入人的眼睛，這讓人感覺光線柔和，產生一種尊貴典雅的觀賞體驗。光澤度是用數字表示物體表面接近鏡面的程度，可以用來衡量材料的亞光效果。傳統材料的光澤度因表面光潔可以達到100%，而亞光材料光澤度通常低于50%。