[发明专利]聚醚酰亚胺丝材、其制备方法及在3D打印中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种打印耗材，特别涉及一种聚醚酰亚胺(Polyetherimide，简称PEI)丝材及其制备方法，以及其在3D打印中的应用，属于增材制造技术领域。

背景技术

增材制造是利用计算机将CAD模型沿一个方向离散成系列二维截面图，然后根据信息逐层均匀打印堆积成型的快速方法。3D打印，也称增材制造，属于快速成型(RP)技术的一种，是基于计算机三维CAD模型，采用逐层堆积的方式直接制造三维物理实体的方法。增材制造技术不受成型几何实体外形限制，直接将三维的立体模型加工变为平面加工，可以在一台设备上快速精密地制造出任意复杂形状和结构的零部件，从而实现“自由制造”。现有的3D打印技术主要有熔融沉积成型(FDM)、光固化成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)等。

其中，FDM作为一种基于喷射技术的成型工艺，设备简单，工艺洁净、运行成本低且不产生过多加工残留物，能够制作有较高强度的工程塑料件，因此已然称为现今应用最广泛并且应用扩张速度最快的一种成型工艺，在诸如产品设计、测试与评估等多个领域都广受青睐。一般来讲，在FDM工艺中，打印材料是以单丝形式通过一个夹送辊系统被送进打印机中，随后在塑化腔内受热熔融，通过喷头挤出，在工作台上逐层沉积固化成型，最终制得产品。但是，现有的FDM成型工艺基本上只能采用ABS、PLA、PA12等低熔点塑料作为打印材料，而且所获打印产品的质量亦不甚理想，无法满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种聚醚酰亚胺丝材及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供所述聚醚酰亚胺丝材在3D打印中的应用。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种聚醚酰亚胺丝材的制备方法，其包括：将干燥的聚醚酰亚胺颗粒(PEI)置于单螺杆挤出机中挤出并冷却，得到聚醚酰亚胺丝材；其中，所述单螺杆挤出机的一区温度为345℃～355℃，二区温度为360℃～370℃，牵引速度为6～8m/min，并且所述单螺杆挤出机的挤出速度为20～30r/min。

作为较佳优选实施方案之一，所述制备方法包括：对未经干燥处理过的聚醚酰亚胺颗粒进行鼓风干燥或真空干燥，得到干燥的聚醚酰亚胺颗粒。

优选的，所述鼓风干燥的温度为150℃～170℃，时间为30～48h。

进一步优选的，所述干燥的聚醚酰亚胺颗粒中水的含量在0.02wt％以下，特别是小于0.02wt％。

进一步的，所述制备方法包括：将所述聚醚酰亚胺丝材通过卷取装置卷曲成盘，并置于干燥皿中。

作为较佳优选实施方案之一，所述制备方法包括：在将干燥的聚醚酰亚胺颗粒从单螺杆挤出机中挤出时，采用风冷方式对挤出的聚醚酰亚胺丝材进行冷却。

优选的，所述单螺杆挤出机的挤出喷嘴与牵引装置的距离为2～3m。保证丝材有足够的距离来冷却固化，不至于冷却过快或过慢。

本发明实施例还提供了由前述方法制备的聚醚酰亚胺丝材，其直径为1.7～1.9mm，优选为1.75±0.1mm。

进一步的，所述聚醚酰亚胺丝材的比重为1.27～1.3，抗拉强度为100～112MPa，断裂伸长率为50％～60％，拉伸模量为330MPa～365MPa，热变形温度为201℃～210℃，洛氏硬度M为100～109。

本发明实施例还提供了前述聚醚酰亚胺丝材于3D打印中的应用。

本发明实施例还提供了一种3D打印耗材，其包含前述的聚醚酰亚胺丝材。

本发明实施例还提供了一种3D打印方法，其包括：将所述的聚醚酰亚胺丝材或所述的3D打印耗材以3D打印设备进行3D打印，其中采用的打印的温度为360℃～380℃，基板温度可以从室温到300℃，成型室温度可以从室温到300℃，打印速度为30～50mm/s。

优选的，在进行3D打印时，成型室温度低于基板温度10～20℃。

优选的，在进行3D打印时，所述基板的温度为200～250℃，尤其优选为250℃。

优选的，在进行3D打印时，所述的成型室温度为200～260℃，尤其优选为200℃。

优选的，所述3D打印方法包括：将所述的聚醚酰亚胺丝材或所述3D打印耗材先置于鼓风干燥箱中干燥2～4h，之后再进行打印。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

(1)本发明提供的聚醚酰亚胺丝材的制备方法主要是采用单螺杆挤出机挤出PEI、等，挤出方便且挤出速度容易控制；