[發(fā)明專利]一種彈性體短纖維增韌結(jié)晶性聚合物產(chǎn)品及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910344663.8
• 申請(qǐng)日: 2019-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN110054878B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭建軍;王建業(yè);張一帆;李志祥;孫愛華;劉豐華;許高杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): C08L67/04
• 分類號(hào): C08L67/04;C08L75/04;D01F8/14;D01F8/16;B33Y70/00;B33Y10/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發(fā)明公開了一種彈性體短纖維增韌結(jié)晶性聚合物產(chǎn)品及其制備方法，包括：將熱塑性彈性體和結(jié)晶性樹脂原料按質(zhì)量百分比10％～30％：70％～90％進(jìn)行混合，通過雙螺桿擠出機(jī)熔融共混造粒，干燥后得到共混粒料；熱塑性彈性體的熔融溫度與結(jié)晶性樹脂原料的熔融溫度相差10～20℃；將得到的共混粒料加入單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融擠出，擠出料經(jīng)過第一次拉伸和三段水槽冷卻處理，得到3D打印絲材；將得到的3D打印絲材置于熔融沉積造型3D打印機(jī)中，熔體在打印過程中經(jīng)過第二次拉伸和第三次拉伸，并在成型平臺(tái)上疊加形成三維結(jié)構(gòu)，冷卻得到彈性體短纖維增韌結(jié)晶性聚合物產(chǎn)品。本發(fā)明具有設(shè)備簡(jiǎn)單、加工工藝容易控制、且可以成型復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高分子聚合物3D打印耗材技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種彈性體短纖維增韌結(jié)晶性聚合物產(chǎn)品及其制備方法。

背景技術(shù)

微纖復(fù)合材料(Micro Fibrillar Composites，MFCs)是一種倍受研究人員青睞的復(fù)合材料，這個(gè)概念是在1992年被科學(xué)家Evstatiev和Fakirov提出。它可以有效提高不混相共混體系的相容性和力學(xué)性能。相對(duì)于傳統(tǒng)的聚合物共混物和復(fù)合材料，MFCs具有重量輕、加工方便、可回收等潛在優(yōu)勢(shì)。對(duì)于MFCs的制備主要分為三個(gè)步驟：首先，熔融共混，其次，利用單螺桿或雙螺桿擠出拉伸，最后，通過模壓或注塑進(jìn)行后加工成型。

根據(jù)纖維的長度，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可分為連續(xù)或不連續(xù)兩種。由于連續(xù)纖維和不連續(xù)纖維在結(jié)構(gòu)上的顯著差異，預(yù)計(jì)連續(xù)或不連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料將具有差異明顯的力學(xué)性能。從宏觀的角度來看，人們會(huì)期望連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料比不連續(xù)纖維具有更高的剛度，因?yàn)樵诨w周圍的不連續(xù)纖維兩端存在類似于凹槽應(yīng)力點(diǎn)，可以引起應(yīng)力集中。所以，當(dāng)應(yīng)力水平與基體的斷裂強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂紋。然而，在聚合物纖維含量相同的情況下，不連續(xù)纖維的數(shù)量明顯高于連續(xù)纖維，當(dāng)裂紋尖端試圖向纖維傳播時(shí)，多根不連續(xù)纖維起作用阻止任何起源于大塊基體內(nèi)的裂紋。當(dāng)一根纖維斷裂后，另一短纖維可以使基體中的應(yīng)力集中最小化。事實(shí)上，在不連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，如果一個(gè)纖維斷裂幾乎對(duì)整體沒有影響，因?yàn)榱鸭y尖端總是會(huì)遇到一種可能會(huì)阻止裂紋傳播的纖維。因此，可以防止裂紋在復(fù)合材料的截面上傳播，進(jìn)而不連續(xù)纖維可以增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。

聚乳酸具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，但是，它的沖擊強(qiáng)度較低，限制了它的廣泛應(yīng)用。為了克服這一缺點(diǎn)，很多科學(xué)家對(duì)增韌聚乳酸的改性方法進(jìn)行了研究。主要可以分為化學(xué)改性和物理改性，化學(xué)方法包括：共聚、接枝、交聯(lián)等；物理方法主要包括：填充、共混、增強(qiáng)等。在這些方法中，通過彈性體熱塑性聚氨酯熔融共混增韌聚乳酸已經(jīng)被廣泛研究。但在傳統(tǒng)加工條件下，分散相聚氨酯都會(huì)以球狀或橢球狀的形態(tài)分布，可以明顯提高聚乳酸的沖擊強(qiáng)度。然而，聚乳酸沖擊強(qiáng)度的提高的伴隨著拉伸強(qiáng)度的大幅度下降。因?yàn)椋酆衔锕不鞆?fù)合材料的性能不僅取決于其組成組分的物理性能，而且高度依賴于分散相形態(tài)。所以，控制這種生物相容性熱塑性聚氨酯的相形態(tài)具有重要的科學(xué)意義。

很多研究表明，對(duì)于微纖復(fù)合材料的制備要求兩種聚合物熔融溫度必須相差30～40℃，否則會(huì)在后加工成型時(shí)，纖維相遭到破壞。作為加工成型的一種新方法熔融沉積技術(shù)，可以有效克服這種限制，實(shí)現(xiàn)熔融溫差較小的聚合物成纖分布于產(chǎn)品中，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的成型。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)本領(lǐng)域存在的不足之處，為克服傳統(tǒng)原位纖維復(fù)合材料制備技術(shù)的局限性，本發(fā)明提供了一種彈性體短纖維增韌結(jié)晶性聚合物產(chǎn)品的制備方法，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、加工工藝容易控制、且可以成型復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。

一種彈性體短纖維增韌結(jié)晶性聚合物產(chǎn)品的制備方法，包括：

(1)將熱塑性彈性體和結(jié)晶性樹脂原料按質(zhì)量百分比10％～30％：70％～90％進(jìn)行混合，通過雙螺桿擠出機(jī)熔融共混造粒，干燥后得到共混粒料；所述熱塑性彈性體的熔融溫度與結(jié)晶性樹脂原料的熔融溫度相差10～20℃；

(2)將得到的共混粒料加入單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融擠出，擠出料經(jīng)過第一次拉伸和冷卻處理，得到3D打印絲材；