[发明专利]一种3D打印用PLA/PTW丝材及其制备方法

说明书

本发明涉及3D打印用PLA/PTW丝材及制备方法。本发明选用氧化石墨烯(GO)代替石墨烯作为初始填料，采用高速搅拌机或超声仪将氧化石墨烯的分散液与聚乳酸(PLA)的溶液充分分散，获得GO/PLA分散液，采用还原剂对该溶液进行还原，制得石墨烯/PLA复合材料，之后通过高混机将石墨烯/PLA、PTW及相容剂混合后经双螺杆改性造粒，最后单螺杆挤出成型，获得PLA/PTW丝材。PLA/PTW丝材具有一定的导电性能，将其用于3D打印机，打印制品表面光洁，尺寸稳定，不易收缩。与现有技术相比，本发明通过还原GO/PLA的分散液，制得分散性良好的石墨烯/PLA/PTW复合材料，解决了石墨烯在高分子树脂中难分散、易团结的难题，使得该改性复合材料在满足FDM型3D打印机的使用要求同时具有良好的导电性能。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种高韧性且具有导电性能的3D打印用PLA/PTW丝材及其制备方法。

背景技术

3D打印技术，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用金属或塑料等可粘合材料，通过切片，逐层打印的方式来构造物体的技术。已在模具设计、工业机械零件制造、汽车、航空、医学医药等领域得到广泛发展。3D打印技术主要包括立体光固化、激光烧结法、熔融沉积法等，其中熔融沉积式打印技术(FDM)是极为重要的一种，其应用范围也极为广泛。

熔融沉积式打印技术(FDM)的主要原理是在略高于打印材料的熔点温度下通过对热塑性材料加热使其熔融从喷嘴挤出，通过电脑控制，一层层堆积成成品。目前熔融层积式打印技术(FDM)用到的打印材料主要为ABS、尼龙及聚乳酸(PLA)等。

聚乳酸是一种热塑性脂肪族聚酯，同时是一种以可再生植物资源为原料经过化学合成制备的可生物降解材料，PLA和许多普通高分子一样能进行各种成型加工，如挤丝、吹膜、注塑等进而制成各类产品，是一种新型环保性材料。因此具有良好的发展前景。聚乳酸具有很好的刚性、透明性和可降解性，但是柔韧性和耐热性差、断裂伸长率小，需对聚乳酸进行改性以增加它的柔韧性及冲击强度。目前有关聚乳酸改性的资料文献还不是很多，而有关适用于3D打印的聚乳酸改性的资料则是更少。中国专利申请公布号CN 103467950 A公开了一种3D打印改性聚乳酸材料及其制备方法，该方法具体是：聚乳酸70～85份，扩链剂1～5份，交联剂1～5份，成核剂0.5～1份，低分子量聚合物5～10份，增韧剂5～10份，补强剂1～5份，抗氧剂0.3～0.8份；该发明是利用低温粉碎混合反应技术，对聚乳酸进行改性处理。该发明虽然提高了聚乳酸的韧性，但是由于加入了低分子量的聚合物(5～10份)，降低了聚乳酸的力学强度；而且加入的成核剂在没有加分散剂的前提下很难在聚乳酸基体中得到很好的分散，分散不均的成核剂不但不能充分发挥成核作用而且还会成为成型制品中的缺陷，会对材料的物性和表面状态有很大影响。

随着新应用的需求发展推动，3D打印技术的应用也不断扩大到前言科学与工程领域，其中一个比较引人注目的领域就是石墨烯材料在3D打印中的应用。石墨烯由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，它的二维蜂窝结构体赋予其许多独特的特性，如高杨氏模量、大比表面积、高导热率以及优异的导电性能。人们对石墨烯复合材料已经开展了大量的科学研究，片状的石墨烯材料可以用来改善材料的机械性能、阻燃性及导电性。发明专利CN 104552947 B公开了一种石墨烯熔融堆积3D打印方法及应用，石墨稀的加入可提高打印制品的抗拉强度、导电率和导热系数。从大量文献中得知，石墨烯填料在聚合物材料中的分散性越好，所制得的材料的性能越佳，然而在制备过程如何解决石墨烯和聚合物之间的相分离是制备石墨烯复合材料的关键问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高韧性且具有导电性能的3D打印用PLA/PTW丝材及制备方法。