[发明专利]一种3D打印用PBS/C材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种3D打印用PBS/C材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术，即增材制造技术，与机器人技术、人工智能技术一起被称为推动第三次工业革命的关键技术。3D打印技术是一种通过逐层增加堆积材料来生成三维实体的快速增材制造技术，它与传统的减材制造技术相比，具有损耗低、产品制造智能化、精准化和高效的特点。尤其是涉及到复杂形状的高端制造领域，3D打印技术显示出了巨大的优越性。

根据打印技术原理以及所适用材料的不同，3Ｄ打印技术可分为激光熔覆成型技术(LCF)、融沉积快速成型技术(FDM)、选择性激光烧结技术(SLS)、立体光固化技术(SLA)、三维印刷成型(3DP)等。FDM是一种快速、安全、廉价的快速成型工艺，它容易操作，所用设备成本低，工艺简洁，可用材料种类多，较为廉价且利用率高，适合办公室环境使用。目前FDM系统在全球已安装的快速成型系统中约占30%，是目前流行的桌面3D打印机采用的主流技术。

聚乳酸(PLA)是FDM技术是目前应用最广泛的具有生物降解性和生物相容性的高分子材料，但是PLA用于3D打印时喷头温度一般在230℃左右，能耗较高，容易造成操作人员烫伤，不适用于儿童用3D打印机。因此开发既与PLA一样具有生物降解性和生物相容性，又能较低温度打印的新型3D打印材料成为研究的热点。

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，也称聚丁烯琥珀酸酯或聚琥珀酸丁二酯，其熔点为105℃，结晶温度在61℃左右，相对结晶度为40-60%，是一种具有完全生物降解能力的半结晶性树脂，具有良好的加工性能。目前，可应用于餐饮用具、日杂用品、农用材料、生物医用高分子材料、食品药品包装材料等方面，但是直接用于3D打印的PBS材料尚未见诸报道。

纯的PBS直接应用于3D打印存在热收缩的问题，再加上PBS主链为脂肪族碳氧链组成，韧性和拉伸强度有待进一步提高。碳材料以种类丰富著称，不论是传统的石墨、碳黑碳材料，还是新型的碳材料如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、碳纤维等碳材料，因它们具有优良的电性能、抗摩擦性能、力学性能、热性能等，研究者将它们与各类材料进行复合，制备出来许多性能优异的复合材料。

发明内容

基于上述背景和问题，本发明的目的在于提供一种用于3D打印的PBS/碳材料复合线材及其制备方法。本发明采用能完全降解的生物材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和碳材料制备适用于3D打印的高分子材料，与传统的聚乳酸(PLA)线材相比，具有较低的打印温度，较好的拉伸强度和柔韧性，适用于多种3D成型技术，在3D打印领域有广阔的应用前景。

本发明的上述效果是通过如下技术方案实现的：

本发明所述的一种用于3D打印的PBS/碳材料复合线材，其特征在于：按照重量百分比配方：

PBS 70-95；

碳材料0.1-20；

扩链剂0.1-0.5；

交联剂0.1-0.5；

成核剂0.1-2；

抗氧剂0.2-1；

润滑剂0.2-2。

所述的碳材料为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、碳黑、石墨、富勒烯中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的扩链剂为邻苯二甲酸酐、丁二酸酐、均苯四甲酸酐、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的一种或几种任意比例的混合物。

所述的交联剂为三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯一种或两种任意比例的混合物。

所述的成核剂为高岭土、碳酸钙、水滑石、凹凸棒石、云母、滑石粉、硫酸钙晶须、蒙脱土、二氧化硅、二氧化钛、苯甲酸镧、环磷酸镧、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的抗氧剂为茶多酚、植酸、四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯(1010)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(168)、双季戊四醇二亚磷酸酯(626)中的一种或几种任意比例的混合物。

所述的润滑剂为硬酯酸、N,N'-乙撑双硬脂酰胺(EBS)、氧化聚乙烯蜡、硬酯酸镁、白油中的一种或几种任意比例的混合物。

本发明的另一个目的是提供一种用于3D打印的PBS/碳材料复合线材的制备方法，包括如下步骤：

A.将PBS真空干燥，最优选在80℃真空干燥箱中干燥12以上；

B.按照重量百分比配方，称取干燥后的PBS、碳材料、扩链剂、交联剂、成核剂、热稳定剂、抗氧剂、润滑剂；