[發明專利]一種3D打印用聚碳酸酯組合物及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011148863.5
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN114479402A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王洪學;白瑜
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院
• 主分類號: C08L69/00
• 分類號: C08L69/00;C08L67/02;C08K3/04;B33Y70/10
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;卑瑩

本發明提供了一種3D打印用聚碳酸酯組合物及其制備方法和應用。本發明提供的3D打印用聚碳酸酯組合物包括聚碳酸酯、脂肪族芳香族共聚酯、石墨烯分散液和任選的功能助劑。根據本發明提供的3D打印用聚碳酸酯組合物可以降低打印噴頭和底板溫度，同時具有較高的打印尺寸精度。

技術領域

本發明涉及一種3D打印用聚碳酸酯組合物及其制備方法和應用。

背景技術

石墨烯(Graphene)是由sp2雜化碳原子組成的新型二維單層片狀納米碳材料，以其優異的性能而獲得廣泛重視，有望在光電產品、能源技術、功能復合材料、微電子器件以及生物醫藥等諸多領域引發革命性的變革。

3D打印又稱快速成型技術，屬于增材制造的一種，原理是先通過計算機建模或直接掃描原型，得到數字化的三維模型，再使用軟件按照某一坐標軸切成二維截面數據，通過3D打印機逐層打印堆積成實體的方法。經過近30年的發展，3D打印技術已經被認為是可能改變實驗室及工業生產方式的核心技術之一。這種增材制造技術可以節省材料、縮短研發周期、降低成本，在模具制造、產品設計、醫療、教育和航天航空等方面有著巨大的潛在應用。

目前，3D打印的成型方法主要包括：熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling,FDM)、立體光固化成型(Stereo Lithography Apparatus,SLA)和選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering,SLS)等。其中FDM技術不需要激光，在使用和維護方面較為簡單，成本低，得到更為廣泛的應用。其技術原理為熱塑性聚合物經加熱熔融后，通過噴頭被擠壓出來，冷卻凝固形成輪廓形狀的薄層，再逐層疊加堆積最終形成產品。因此要求用于FDM 3D打印的熱塑性聚合物具有優異的流動性及快速的固化速率，目前市場上常用的FDM3D打印耗材主要是ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)和PLA(聚乳酸)，此外還有少量的PC(聚碳酸酯)、TPU(熱塑性聚氨酯)及PA(尼龍)等。

PC是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中芳香族尤其是雙酚A型PC機械性能優異，在玻璃裝配業、汽車工業和電子電器工業等領域有著廣泛應用。雙酚A型PC作為一種常用的透明工程塑料，無味、無毒、成型收縮率低、阻燃性良好，具有其他透明高分子材料(如PMMA、PS)所不具有的優異力學性能。目前PC已被成功開發出用于3D打印材料。然而相比于ABS，PLA等常用的3D打印高分子材料，在熔融沉積3D打印技術中，PC存在打印溫度過高，翹曲問題嚴重等問題。這主要是與PC本身的流動性以及熱學性能導致的熱應力有關，雖然通過提高噴嘴溫度以及熱床溫度，能夠減緩翹曲，但并不能完全解決該問題。為了能夠降低PC在打印過程中需要的噴嘴溫度和底板溫度，通過添加如聚己內酯(PCL)【CN 108034217 A】、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環己烷二甲醇酯(PETG)【CN 104672880 A】、聚乳酸(PLA)【CN 106543672 A】和聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)【CN 105419260 A】。通過添加聚合物雖然可以降低打印噴嘴溫度和底板溫度，卻會明顯降低共混物的沖擊強度。針對PC與PBT共混后沖擊強度下降明顯的問題，開發使用了眾多的增韌劑可有效提高共混物的沖擊強度(姚君，薛東升，顧春輝等，《塑料工業》，2008)(徐曉強，陸波，《塑料工業》，2005)，然而其3D打印時的翹曲仍較明顯。針對這一問題，需要發明一項技術制備新型的改性聚碳酸酯/脂肪族芳香族共聚酯組合物，在3D打印過程可以降低噴嘴溫度和底板溫度，同時提高制件的尺寸精度。