[发明专利]一种用于三维打印的高流动性弹性粉末及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维打印技术高分子材料领域，尤其涉及一种用于三维打印的高流动 性弹性粉末及其制备方法。

背景技术

三维(3D)打印技术出现在20世纪90年代中期，近些年得到广泛关注和快速发展的 一类快速成型技术，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。3D打印技 术又称增材制造技术，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，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。目前应用最为广泛的3D打印技 术之一是熔融堆积成型(FusedDepositionModeling，简称FDM)，该技术的基本原理是 将热塑性高分子线材(直径一般为1.75mm或3mm)通过齿轮传送到高温热端将高分子熔融并 连续挤出熔融高分子，并在精确定位下通过逐层堆积的方式构建三维物体。另外3D粉末打 印的应用也越来越广泛，由于粉末材料在用于3D粉末打印时不用经过熔融，只需要用到一 些胶黏剂等就可以堆积成型，快速得到理想的制件，所以用于粉末打印的粉末流动性好的 高分子材料越来越受到青睐。目前，三维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，三维打印技术逐渐应 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。

弹性体常见于橡胶，是在除去外力后能恢复原状的材料，高分子聚合物中中也存 在弹性材料，它们具有较高的机械强度，韧性好，能够应用于很多相关领域。弹性体可以分 为热固性弹性体和热塑性弹性体两大类，热固性弹性体，也就是传统意义的橡胶（Rubber）， 而热塑性弹性体缩写为TPE，在常温下显示橡胶弹性，在高温下能够塑化成型的高分子材 料。其中聚氨酯类热塑性弹性体（TPU）具有极好的耐磨性、耐油性和耐寒性，对氧、臭氧和辐 射等都有足够的抵抗能力，同时作为弹性体具有很高的拉伸强度和断裂伸长率，还兼具压 缩永久变形小、承载能力大等优良性能，主要用作滚筒、传送带、软管、汽车零件、鞋底、合成 皮革、电线电缆和医用人工脏器等领域。

但是由于聚氨酯热塑性弹性体粉末流动性差，还较少用于3D打印技术，因此需要 提高其粉末流动性，同时能够保持其优异的力学性能，扩大其应用范围，能够在3D粉末打印 中快速得到性能优异的制件。

中国专利公开号CN103087505A公开了一种热塑性聚氨酯弹性体材料及其制备方 法。该热塑性聚氨酯弹性体材料包括热塑性聚氨酯弹性体50～80%、阻燃剂10～30%、消光剂 5～20%、抗氧剂0.2～0.5%、润滑剂0.2～0.5%；该发明热塑性聚氨酯弹性体材料以热塑性聚 氨酯弹性体为基体材料，采用阻燃剂和消光剂以及其他组分在熔融挤出过程中发生协同作 用，对热塑性聚氨酯弹性体进行改性，从而赋予该热塑性聚氨酯弹性体材料优异的雾面特 性和阻燃性能，同时赋予该热塑性聚氨酯弹性体材料良好的加工性能和优异的力学性能。 其工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低，适于工业化生产。但是该方法没有提高聚 氨酯弹性体材料的粉末流动性，不能在3D粉末打印中快速得到理想的产品。

中国专利公开号CN103819892A公开了一种长芳纶纤维增强耐磨TPU复合材料及 其制备方法。该发明明采用高流动、低表面硬度的TPU作为基料，利用流动性改性剂改善基 体流动性，通过加入超高分子量的硅油大幅度提高TPU的耐磨性能以及加入扩链剂改善TPU 的分子量来制得高性能长玻纤增强TPU复合材料，使TPU材料的强度和刚性获得改善，并提 高了其韧性和降低了材料的成本，该材料可代替芳纶增强橡胶母胶在橡胶轮胎中作为增强 耐磨母粒使用。该方法制备的TPU复合材料提高其熔融流动性，但是未能提高其粉末流动 性，不能在3D粉末打印中起到快速成型的作用。