[发明专利]一种3D打印改性聚醚酮树脂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印材料及其制备方法，具体涉及一种适合3D打印的改性聚醚酮树脂材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术又称增材制造技术，实际上是快速成型领域的一种新兴技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。基本原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术。目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些传统依赖的精细加工工艺。另外，3D打印技术逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装、航空等领域，为创新开拓了广阔的空间。

3D打印的技术主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工艺。熔融挤压堆积成型技术(FDM)是3D打印技术中常用的一种技术工艺，原理是利用热塑性聚合物材料在熔融状态下，从喷头处挤压出来，凝固形成轮廓形状的薄层，再一层层叠加最终形成产品。应用于FDM工艺的材料基本上是聚合物，成型材料一般为ABS、石蜡、尼龙、聚碳酸酯(PC)或聚苯砜(PPSF)等。

3D打印材料种类繁多，有各种分类方式，可按物理状态、化学性能、材料成型方法等角度分类，常用的快速成型材料如表1所示。根据成型过程中使用的材料可将三维快速成型打印技术分为三种：粘接材料、熔融材料和光固化三维快速成型打印材料。

聚醚酮树脂是较近出现的一种特种工程塑料，由于具有阻燃、耐辐射、耐热等级高,介电性能、冲击性能优异等特点,在航空航天、电子通讯及民用高技术产品等领域有着重要的应用,聚醚酮已成为高分子材料研究领域的一大热点近年来。但是传统的聚醚酮树脂的加工温度高，多是采用高温高压的熔融装置加工成型，因此限制了其应用的广泛性。

聚醚酮树脂具有的冷却收缩率小，高的拉伸强度、易着色等优点都符合3D打印技术对聚合物材料的要求；但常用聚醚酮树脂熔融温度高易韧性不好等缺陷，导致传统的聚醚树脂树脂在3D打印技术上的应用范围受到很大的限制，因而，必须通过改性来克服聚醚酮树脂在3D打印材料中的应用缺陷。

目前针对聚醚酮树脂作为3D打印材料的技术文献资料还没有。传统聚醚酮树脂的生产方法常用原料4,4’-二氟二苯酮、4,4’-二羟基二苯酮经缩聚而制得，但是该方法获得的聚醚酮树脂具有高的熔融温度，很难进行近一步的加工成型。目前聚醚酮树脂常用的成型方式热压成型，将原料在150℃干燥的最少3小时或在160℃干燥2小时后在385℃-395℃料筒温度下，压力为120-140MPa，模具温度为185-220℃，保温保压30秒即可成型，虽然该形成方法适合传统的成型工艺，但是由于温度与压力过高不适合3D打印技术。因此，降低成型温度是扩展聚醚酮树脂在3D打印技术方面应用的关键。

适合3D打印技术的改性聚醚酮树脂材料必须具备低的成型温度，但是成型件的仍要具有高的耐温性和机械强度。采用传统的生产配方制备的聚醚酮树脂不适合3D成型技术。改变生产配方、改进快速交联固化方式是影响改性效果和最后性能的重要因素。

发明内容

针对目前尚无适用于3D打印技术的聚醚酮树脂材料，本发明提出了一种适用于3D打印技术的改性聚醚酮树脂材料。为实现上述目的，本发明利用混料机，将扩链剂、封端剂、交联剂等改性剂在相互协同的作用下与聚醚酮树脂进行共混、接枝、交联改性，再经过挤出、造粒、拉丝等工艺技术，制得适合3D打印技术的聚醚酮树脂材料。

本发明提供一种3D打印改性聚醚酮树脂组合物，其原料包括如下重量份的组分：

其中所述的聚醚酮树脂为低分子量的热塑性聚醚酮树脂，其粘流温度在200-230℃。作为优选，本发明适宜的聚醚酮树脂分子量约为600-1200，优选800-1000。所述聚醚酮树脂的用量优选为70或75重量份。

所述的扩链剂是指能与线型聚合物链上的官能团反应而使分子链扩展、分子量增大的物质。所述扩链剂包括但不限于含苯环结构的二异氰酸酯，优选对苯二异氰酸酯、4,4'-二异氰酸基-3,3'-二甲基联苯中的一种；其用量优选为0.2-0.4重量份。

所述的封端剂为烯胺类化合物，优选丙烯胺、丁烯胺中的一种；其用量优选为0.6-0.8重量份。

在本发明中，所述的交联剂是指那些能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质，具体而言是那些促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。本发明可选的交联剂包括但不限于为丙烯酸酯类，优选甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯中的一种。所述交联剂的用量优选为0.2-0.6重量份，还可以为0.3-0.5重量份。