[发明专利]一种增韧的高密度聚乙烯3D打印成型材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印成型材料，具体涉及一种增韧的高密度聚乙烯3D打印成型材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术(Three Dimensions Printing，三维打印技术，3DP)，是叠层制造(Additive Manufacturing，AM)技术的一种形式，它是一种以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积粘结，最终叠加成型，制造出实体产品。叠层制造技术最早由ASTM国际标准组织(前身为美国测试和材料协会)标准化。叠层制造技术有3种不同的术语：立体平版印刷(Stereolithography)，三维叠层制造(3-D layering)以及3D打印；其中3D打印由于最适合描述叠层制造技术及其产品而逐渐成为最常用的术语。

3D打印技术在1986年于美国首次问世，并于20世纪90年代逐渐得到关注。进入21世纪后，3D打印技术迅速获得广泛应用。3D打印技术在汽车、医疗、商业和工业设备、教育、建筑及消费品等行业获得很大的发展。3D打印技术实现了从平面图到实体的飞跃，以其为代表的一系列数字化应用技术甚至被称作第三次工业革命。但是，目前3D打印技术面临的最严重的问题和挑战是3D打印成型材料非常稀少。目前的3D打印成型材料主要是尼龙、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯以及ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)等热塑性材料。这些材料不仅硬度较高，打印出来的部件较脆易碎，而且对打印条件要求高，并且常常无法将微小构造高清晰地打印成型。

高密度聚乙烯(HDPE)具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好，阻隔性能，介电性能和耐环境应力开裂性亦较好，广泛应用于吹塑制品、薄膜与板材制品、注塑制品、管材制品、纤维、电线电缆等领域。作为目前世界上使用量第三大的通用材料，HDPE是一种关乎国计民生的合成高分子材料。然而因其均聚物冲击强度低，难以满足一些工程领域对性能的需求。为了提高HDPE的应用价值，扩大其应用领域，对其进行增韧改性以将这一大品种通用材料作为工程材料使用，一直是国内外高分子材料科学与工程研究的热点之一。国内外对HDPE进行增韧改性的研究工作很多。但是能否制得、如何制得韧性大幅提高且同时刚性保持率比较高的弹性体韧性HDPE，具有重要的科学技术意义和应用前景。在3D印刷时，常规的高密度聚乙烯存在易老化，易发脆缺点，因此难以满足一些相关领域对其相关性能的需求。

CN1433443A涉及一种形成在聚合物基质中嵌入纳米纤维的复合体的方法，该方法包括在塑性基质中混入纳米纤维以形成团聚体，和通过使团聚体处于流体动力应力下而均匀地分布纳米纤维；所述流体动力应力使所述团聚体分裂开，结合进行额外的延伸流动可用来实现小直径和排列。所得复合体可以用熔凝沉积(FDM)成型，其中将一卷纳米纤维增强的聚合物用作FDM工艺的导线原料。在该过程中，纳米纤维复合线(直径约为2毫米)经过毫米尺寸的模头挤出，产生成排的复合线制成片材和3D部件。该专利中所用的原料为纳米纤维增强的聚合物线材。其缺点在于：纳米纤维复合线的FDM非常复杂，不易处理。

CN1812878A涉及一种适于3D印刷的粉末，该粉末包括热塑性颗粒物和粘合剂颗粒物的共混物，其中所述热塑性颗粒物可选自聚烯烃，而粘合剂颗粒物只适于在流体激活该粘合剂颗粒物时，粘合热塑性颗粒物。该专利的粉末在用于3D印刷时，需要使用溶剂作为流体，并且必须在已印刷的层上施加紫外光、可见光、热量和电子束中的至少一种，来诱导非含水流体固化。因此，CN1812878A的3D印刷体系是液体组合物，其缺点在于需要使用在许多情况下对人类和环境有害的溶剂或分散剂，且操作复杂，不易均匀分散或溶解。

CN102093646A涉及一种用于3D打印快速成型的材料及其制备方法，快速成型材料包括改性粉末材料A和粘结剂B，其中：改性粉末材料A的制备：将粉末材料与第一溶剂加入到球磨机或研磨机中研磨，得到粉末材料预处理料；将表面活性剂，润滑剂，有机树脂逐次加入到第二溶剂中，搅拌分散2-3h，得到改性液；将粉末材料预处理料与改性液混合，放入研磨机中，常温混合研磨，干燥，研磨粉碎，得到改性粉末材料A；使用时，1份改性粉末材料A与0.01-0.07份粘结剂B配用。该专利所用的3D成型体系为溶液体系，其缺点在于不易于均匀分散，特别得注意材料的粘结程度，而且需要对材料进行研磨和改性，操作复杂。