[发明专利]一种低温3D打印材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及3D打印材料技术领域，特别是涉及一种低温3D打印材料及其制备方法。

背景技术

聚己内酯(Polycaprolacton，简称PCL)，其结构重复单元上有5个非极性亚甲基-CH₂和一个极性酯基-COO-，这样的结构使得PCL具有很好的柔韧性和易加工性，同时在自然界中酯基结构易被微生物或酶分解，最终产物为CO₂和H₂O，具有生物可降解性，在体内与生物细胞相容性很好，细胞可在其基架上正常生长，并可降解成CO₂和H₂O，具有生物相容性。PCL是一种半结晶型无毒性聚合物，结晶度约为45％左右，具有超低的玻璃化温度Tg(约-60℃)，因此在室温下呈橡胶态；由于熔点Tm(约60℃)较低，可以实现低温成型，成型操作相对较安全，PCL不易吸水，具有良好的热塑性和成型加工性，可采用挤出、吹塑、注塑等方法制成纤维、薄片、片材等；分解温度约为350℃，而其它聚酯的分解温度一般为250℃左右，因此它具有很好的热稳定性，同时，PCL材料具有形状记忆功能，此形状记忆效应的基本原理在宏观上可简单表述为“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”过程。

目前在3D打印行业，PCL材料作为打印材料存在如下问题：PCL在输送到喷嘴的过程中容易软化变形，从而使得在喷嘴处出现断料的现象，严重影响打印的顺利进行。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种低温打印材料及其制备方法，既能保证PCL的低温成型性能，又能解决PCL在输送中的断料问题。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种低温3D打印材料，包括如下质量百分含量的各组分：

所述低温3D打印材料中各组分的质量百分含量之和为100％。

优选地，所述经表面处理的无机粉体包括无机粉体和占所述无机粉体总质量的0.5％～1.5％的硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂包覆在所述无机粉体的外表面。

优选地，所述无机粉体为碳酸钙、玻璃微珠中的一种与云母、滑石粉、硅灰石、硫酸钙、高岭土中的一种的复配物。

优选地，所述聚己内酯的分子量为50000～120000。

优选地，所述无机粉体为碳酸钙、玻璃微珠中的一种与云母、滑石粉、硅灰石、硫酸钙、高岭土中的一种按质量比为0.5:1～1.2:1复配的复配物。

优选地，所述抗氧化剂为：主抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和辅助抗氧剂亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按质量比为3:1复配而成。

优选地，所述润滑剂为白矿油、硅油、乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。

一种所述的低温3D打印材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚己内酯在40℃温度下干燥时间4h以上，其他组分在50～80℃温度下干燥2h以上；

(2)当所述润滑剂为液体时，按比例先将干燥的聚己内酯和液体的润滑剂放入高速混合机中，在10℃～30℃下搅拌3min～5min，然后按比例再加入干燥的所述无机粉体、抗氧剂，在10～30℃下搅拌5～15min；当所述润滑剂是固体时，按比例将干燥的所述聚己内酯、无机粉体、抗氧剂放入高速混合机中在10～30℃下搅拌5～15min；

(3)将经步骤(2)混合后的物料加入双螺杆挤出机的料斗中，经熔融共混挤出、水冷、风干得到所述低温3D打印材料，其中，双螺杆挤出机的温度设置为：一区：50～60℃；二区：60～70℃；三区：70～80℃；四区：80～90℃；五区：90～100℃；六区：80～100℃；七区：70～90℃；八区：60～80℃；机头温度：60～80℃；螺杆转速控制在200～400r/min。

优选地，还包括制备所述经表面处理的无机粉体的步骤：

将占无机粉体总质量的0.5％～1.5％的硅烷偶联剂用无水乙醇进行稀释，所述无水乙醇与所述硅烷偶联剂的质量比为5：1～10：1，在15～30℃下，边搅拌边加入按比例称量好的无机粉体，待无机粉体全部加入后继续搅拌5～10min，然后在60～80℃下干燥4h以上，最后将干燥后的粉体放置在密闭容器中待用。

优选地，还包括使用拉线牵引机将所述步骤(3)得到的低温3D打印材料进行拉线条的步骤，所述拉线牵引机的自动牵引速度设置为150～350r/min。