[發明專利]一種可長時間打印聚合物高壓流體熔融絲材的方法

在審

• 申請號: 202010248021.0
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111469398A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 翟文濤;李夢雅;趙丹
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/314;B33Y10/00;B33Y40/10
• 代理公司: 廣州市深研專利事務所(普通合伙) 44229
• 代理人: 姜若天

本發明公開了一種可長時間打印聚合物高壓流體熔融絲材的方法。其制備包括：（1）高壓流體浸漬聚合物絲材；（2）控制解吸附條件，得到高壓流體含量可控的浸漬聚合物絲材；（3）將步驟（2）中的浸漬聚合物絲材經低溫冷卻、干燥、塑料袋密封后放入冷凍環境中儲存，（4）將步驟（3）中的冷凍的浸漬聚合物絲材升溫至室溫，放入絲盤中，經FDM打印得到具有多孔結構的3D打印制件。本發明方法通過調控高壓流體在聚合物絲材中的解吸附過程，實現了高壓流體浸漬聚合物絲材的長時間穩定打印。

技術領域：

本發明涉及聚合物材料領域，具體涉及一種可長時間打印聚合物高壓流體熔融絲材的制備方法。

背景技術：

聚合物絲材熔融沉積成型(FDM)技術是一種無模具加工技術，它是以聚合物絲材供料，材料在噴頭內被加熱熔化，噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運動，同時將熔化的材料擠出，材料迅速凝固并與周圍的材料凝結，從而逐層沉積成型得到制件。FDM打印已經被廣泛應用于制造復雜結構的塑料制件，可應用于醫療、運動防護、結構材料、工藝品設計等領域。

聚合物高壓流體物理發泡是制備微孔聚合物的重要方法，它是以高壓流體為物理發泡劑，通過升溫或者降壓使高壓流體在聚合物體系中處于過飽和狀態，高壓流體與聚合物基體發生相分離誘導泡孔成核，高壓流體向成核氣核中擴散促進泡孔的增長和發泡材料的膨脹。高壓流體如CO₂和N₂流體不但具有環保、價格便宜、來源豐富、無殘留的特點，而且可溶解于多種聚合物體系。目前的研究表明幾乎所有熱塑性聚合物體系、大部分高性能聚合物體系、熱塑彈性體體系、部分交聯的聚合物體系均可以進行高壓流體物理發泡，發泡材料的泡孔尺寸(從納米孔到微米孔)、泡孔結構(從均勻結構、梯度結構到大/小孔混合結構)、膨脹倍率(從幾倍到幾十倍)均可調控。

高壓流體浸漬的聚合物絲材經FDM打印機噴頭加熱可以發生泡孔成核、增長和熔體膨脹，膨脹熔體細流按照運動軌跡逐層沉積可以得到具有微孔結構的3D打印制件，即聚合物分級多孔材料。聚合物分級多孔材料具有輕量化的優勢，微孔結構的存在使其在組織工程、催化、電磁波管理等領域具有重要應用前景。

根據自由體積理論，高壓流體分子分散在聚合物的自由體積中，并通過自由體積的運動來實現分子擴散。研究表明，高壓流體在聚合物中的擴散系數高達10^-5～10^-7cm²/s。這導致浸漬在聚合物絲材中的高壓流體會隨著時間的進行而發生解吸附，聚合物絲材中逐漸降低的高壓流體含量降低了聚合物絲材受熱后的膨脹能力，這降低了高壓流體浸漬聚合物絲材FDM打印過程中的穩定性和打印制件的精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種可長時間打印聚合物高壓流體熔融絲材的制備方法，其特點一是選擇的高壓流體擴具有低的擴散速率以及利用有機共溶劑來進一步降低高壓流體在聚合物中的擴散速率；特點二是選擇的聚合物絲材采用高性能聚合物來制備的，其的自由體系小，高壓流體在其中的擴散速率慢；特點三是浸漬高壓流體聚合物絲材的解吸附時間可控，得到高壓流體恒量時長可控。所謂的高壓流體恒量時長可控，是指聚合物絲材中高壓流體的含量保持不變的時間段。

本發明的上述目的采用如下技術措施實現：

一種可長時間打印聚合物高壓流體熔融絲材的方法，包括如下步驟：

步驟(A)將聚合物絲材放置于高壓釜中，浸漬高壓流體至高壓流體在聚合物絲材中達到溶解平衡；

步驟(B)打開高壓釜，將含有高壓流體的聚合物絲材轉移出高壓釜，控制解吸附時間、解吸附溫度和解吸附速率，得到高壓流體含量可控的浸漬聚合物絲材；

步驟(C)將解吸附后的高壓流體浸漬聚合物絲材經低溫冷卻、干燥、塑料袋密封后放入冷凍環境中儲存；

步驟(D)將冷凍的浸漬聚合物絲材升溫至室溫，放入絲盤中，控制浸漬聚合物絲狀的打印時間和高壓流體含量變化，經FDM打印得到具有多孔結構的3D打印制件。