[發明專利]一種智能高分子材料、其制備方法及其利用方法

在審

• 申請號: 201811067438.6
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109456565A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 王亞丁
• 申請（專利權）人: 蘇州巴夏科技發展有限公司
• 主分類號: C08L55/02
• 分類號: C08L55/02;C08L67/04;C08K3/04;C08J9/10;C08J9/32;B33Y70/00
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本發明公開一種智能高分子材料、其制備方法及其利用方法，該材料包括熱塑性聚合物、重量百分比為0.1%?5%的發泡劑和重量百分比0.01?65%的加工助劑，所述加工助劑包括重量百分比不超過5%的蠟類潤滑劑，其中發泡劑在發泡劑活化溫度下活化，原料在加工溫度下通過螺桿工藝擠出呈線材，對于需要在熔融沉積成型期間膨脹的材料，發泡劑活化溫度低于打印溫度，而且加工溫度低于打印溫度；對于需要在熔融沉積成型后膨脹的材料，發泡劑活化溫度高于打印溫度并低于熱處理溫度，而且加工溫度低于打印溫度。本發明的智能高分子材料，不基于或僅用少量的蠟類潤滑劑，因而有較高機械強度；由于材料密度因發泡而比現有的材料密度低很多，可以用于3D打印輕質泡沫物件。

技術領域

本發明涉及增材制造技術，尤其涉及一種智能高分子材料、其制備方法及其利用方法。

背景技術

增材制造技術，俗稱3D 打印，是一種以數字模型文件為基礎，運用塑料或粉末狀金屬等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術，近年來得到了快速發展。目前3D打印技術主要包括熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling，FDM)、選擇性激光燒結成型(Selective Laser Sintering，SLS)、光固化成型(stereo lithography apparatus，SLA)、分層實體成型(Laminated Object Manufacturing，LOM)等技術，其中FDM 發展最快，應用最多。

熔融沉積建模（FDM）是一種增材制造或3D打印。用于FDM的材料通常是長絲形式的熱塑性聚合物。它們在打印頭中熔化并擠出到沉積表面上并在冷卻時形成固體層。這些層的集合形成3D物件。市場上有許多這樣的材料可用于生產具有不同特性的3D物體。然而，缺乏可以產生非常輕的3D物體或材料的材料，其可以在沉積期間或之后填充更多空間。本發明提出了這樣的材料，可以在沉積期間或沉積之后膨脹。

然而盡管增材制造技術能夠打印出各式各樣的物件，但打印出來的物件仍需要組裝，缺乏柔性和環境適應性，而4D 打印技術可以利用材料形狀隨時間變化的特性制造出預設的物件形狀。現在市場上幾乎沒有4D打印材料供應，最接近的也許是這種3D打印的發泡材料：CN105218939A公開了一種蠟基發泡3D打印材料，這種材料在打印完成后，可以在高溫下發泡膨脹。由于是蠟基，材料主要成分的分子量較低而使其機械強度較低，不適合要求較高強度場景的應用。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種智能高分子材料、其制備方法及其利用方法，該智能高分子材料可使FDM法3D打印的3D打印制品在適宜溫度條件下發泡膨脹變形形成最終制品。

本發明的一個目的在于提供一種智能高分子材料，其特征在于，包括熱塑性聚合物、重量百分比為0.1%-5%的發泡劑和重量百分比0.01-5%的加工助劑，所述加工助劑包括蠟類潤滑劑，其中發泡劑在發泡劑活化溫度下活化，原料在加工溫度下通過螺桿工藝擠出呈線材，對于需要在熔融沉積成型期間膨脹的材料，發泡劑活化溫度低于打印溫度，而且加工溫度低于打印溫度；對于需要在熔融沉積成型后膨脹的材料，發泡劑活化溫度高于打印溫度并低于熱處理溫度，而且加工溫度低于打印溫度。

進一步地，本發明的智能高分子材料，包括所述熱塑性聚合物為丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲醛（POM）和聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）中的一種或幾種的組合，所述發泡劑為碳酸銨、偶氮二異丁氰（AIBN）、二亞硝基五次甲基四胺、4，4’-氧代雙本磺酰肼（OBSH）、偶氮二甲酰胺（AC或ADC）、5-苯基四唑（5PT）、微球發泡劑和碳酸氫鈉中的一種或幾種的組合，所述蠟類潤滑劑為聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、乙烯-醋酸乙烯共聚物蠟、氯化石蠟、聚丙烯蠟的一種或幾種的組合。

進一步地，本發明的智能高分子材料，所述加工助劑還包括抗氧劑、耐熱改性劑和導電填料中的一種或幾種的組合。