[发明专利]一种3D打印用的高结晶性PLA材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于3D打印材料技术领域，具体涉及到一种3D打印用的高结晶性PLA材料及制备方法。

背景技术

3D打印技术又称为增材制造技术，其是运用打印材料的可粘合性，根据实体的三维模型，在成型设备作用下使材料通过逐层叠加的方式形成实体。与传统的注塑成型方式相比，3D打印技术无需模具就可实现从三维CAD模型设计到实体成型的一体化制造，可提高生产效率，降低生产成本。根据不同的成型方式和成型系统，3D打印技术又可分为多种成型技术。其中，熔融沉积成型(FDM)是目前应用最为广泛的3D打印技术之一。

熔融沉积成型(FDM)是将聚合物丝材在喷头内熔融并挤出，利用熔体材料的自粘接性，通过逐层沉积的方式形成实体。目前，用于FDM成型的材料主要有聚乳酸(PLA)、丙烯睛一丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)等。可生物降解的聚乳酸(PLA)材料由于具有收缩率低、成型过程中气味低、无毒、力学性能好等优点，在FDM工艺中得到了广泛的应用。但PLA也存在结晶速率缓慢、韧性差等问题，以致于其打印件与注塑件相比，在力学强度上较低、耐热性较差，又由于PLA质脆导致易断丝等问题，限制了其在3D打印中的应用。通过提高PLA的结晶速率和结晶度以及韧性，可以很好的克服PLA应用于3D打印时存在的力学强度低和易断丝的问题。

目前，针对应用在3D打印中的PLA材料的结晶改性研究还比较少。专利CN104725802A公开了一种用于热熔型3D打印的PLA复合材料的制备方法，其采用添加结晶性树脂(PE，EVA)，丁苯抗冲树脂为增韧剂和成核剂等与聚乳酸(PLLA)熔融共混，改善了PLA的结晶速率，提高了材料的抗冲击强度，但添加了柔性的成分，降低了材料的力学强度。专利CN106046726A公开了一种3D打印用复合聚乳酸材料及其制备方法，其采用聚乳酸的两种等规立构构型左旋PLLA和右旋PDLA，并加入成核剂来促进材料的结晶速率，制备过程中采用了轻基链烷酸醋类共聚物作为增韧剂，虽然提高了材料的热变形温度和韧性，但材料的拉伸强度降低了。

因此，研究并制备出高结晶和高韧性的PLA材料在3D打印技术中显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种3D打印用的高结晶性PLA材料及其制备方法，制备的PLA材料具有高的结晶度和力学强度。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种3D打印用的高结晶性PLA材料，按质量份数计，包括如下原料组分：PLA树脂100份，成核剂0.3～1份，抗氧剂0.5～0.7份，润滑剂0.5～0.8份，成核促进剂0.5～3份。

进一步地，所述PLA树脂为L型聚乳酸，熔点在155～170℃，熔融流动指数为7g/10min(210℃/2.16kg)，包括Natureworks公司商品牌号为PLA-4032D的PLA树脂。

进一步地，所述成核剂为酰胺类有机物，成核剂起到异相成核的作用，可降低结晶成核的表面能位垒，用于诱导PLA的结晶成核，形成结晶成核位点。

更进一步地，所述酰胺类有机物包括二苯基己二酰二胺。

进一步地，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，主抗氧剂包括商品牌号为抗氧剂300的抗氧剂，辅助抗氧剂包括商品牌号为抗氧剂168的抗氧剂，主抗氧剂与辅助抗氧剂添加量之比为1∶1～3∶4。

进一步地，所述润滑剂包括商品牌号为E蜡的蒙旦蜡和商品牌号为PETS的润滑剂，商品牌号为E蜡的蒙旦蜡和商品牌号为PETS的润滑剂的添加量之比为2∶3～3∶5。

进一步地，所述成核促进剂为低分子量的聚合物，包括聚乙二醇(PEG)或聚丙二醇(PPG)。

更进一步地，所述聚乙二醇的分子在1000～6000g/mol。

更进一步地，所述聚丙二醇的分子量在1000～2000g/mol。

成核促进剂一方面提高PLA分子链的迁移性，加快分子链的运动，促进PLA快速结晶；另一方面成核促进剂降低了PLA分子链间的作用力，提高了分子链移动能力，使得材料对冲击能量的吸收增强，提高了材料的韧性。此外，成核促进剂也改善了PLA的加工流变性，但成核促进剂用量需控制在3质量份以内。

进一步地，所述3D打印用的高结晶性PLA材料为丝状材料，直径为1.75mm，直径误差在±2％以内，用于3D打印时的成型温度范围为185～220℃。

制备所述的一种3D打印用的高结晶性PLA材料的方法，包括如下步骤：