[发明专利]一种具有形状记忆功能的3D打印用植物纤维复合线材及其制备方法

说明书

本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种具有形状记忆功能的3D打印用植物纤维复合线材及其制备方法。所述植物纤维复合线材原料包括植物纤维粉、TPU、改性剂和润滑剂。制备步骤如为：将植物纤维粉、TPU、改性剂和润滑剂充分混合所得物料通过平行双螺杆挤出机熔融挤出后粉碎成粒料，将粒料放入单螺杆挤出机中，在一定温度下将粒料熔融，以一定牵引速度获得熔融沉积型3D打印用植物纤维复合线材。本发明解决了热塑性聚氨酯弹性体作为3D打印用材料成本较高的问题，不但降低了材料成本，还通过对TPU和植物纤维粉进行了改性处理，提高了TPU与植物纤维粉之间的界面相容性，使制备的复合线材具有较强的韧性和形状记忆恢复性能。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种具有形状记忆功能的3D打印用植物纤维复合线材及其制备方法。

背景技术

目前，3D打印技术的重要性已经得到验证，并广泛地应用于工业界。在众多3D打印技术中，熔融沉积成型(FDM)技术最为常见,其设备结构简单,价格低廉,操作工艺便捷,打印过程为将热塑性丝状材料从加热喷嘴中熔融,并按照设计的轨迹挤出以构建三维实体。

基于FDM技术特点,该技术能够进行多种热塑性材料及其复合材料的打印，但较少能够制造任意复杂形状的软体结构成品。显然，提出更多的可用于3D打印的新型复合材料，具有很大的市场前景，并且对于解决3D打印的材料瓶颈具有重要价值。

形状记忆聚合物材料(SMP)是一种刺激响应型材料，在外部刺激,诸如温度、光、电场、磁场、酸碱度等作用下,它们能够从临时形状变为初始形状。SMP独特的形状记忆效应，变形能力和可变形结构在众多领域显示出了巨大的应用潜力与实用价值。在弹性体的基础上，弹性体聚合物本质上具有良好的形状记忆效应，具有较大的可恢复性和可加工性，其中，热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种柔软的3D打印材料，其分子链中不相容软硬段间产生的特殊微相分离结构赋予了其独特的形状记忆性能。然而，TPU成本较高，这限制了它的应用。

发明内容

为解决热塑性聚氨酯弹性体作为3D打印用材料成本较高的问题，本发明提供了一种具有形状记忆功能的3D打印用植物纤维复合线材及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种具有形状记忆功能的3D打印用植物纤维复合线材，所述复合线材包括如下质量份的组分：5～45份植物纤维粉、55～95份TPU和0.5～2份润滑剂。

进一步的，所述复合线材还包括如下质量份的组分：1～20份改性剂。

一种具有形状记忆功能的3D打印用植物纤维复合线材的制备方法，所述制备方法步骤如下：将植物纤维粉、TPU、改性剂和润滑剂充分混合所得物料通过同向平行双螺杆挤出机熔融挤出，然后粉碎成粒料，将粒料放入单螺杆挤出机中，在一定温度下将粒料熔融，以一定牵引速度获得熔融沉积型3D打印用植物纤维复合线材。

进一步的，所述植物纤维粉、TPU和改性剂在混合前进行干燥处理，其中植物纤维粉和TPU经103℃干燥12h，改性剂60℃干燥2h。

进一步的，所述植物纤维粉为木粉、竹粉、秸秆粉、果壳粉或糠粉中的一种或几种的组合，所述植物纤维粉的粒径为80～200目。

进一步的，所述TPU的邵氏硬度为80～98A。

进一步的，所述改性剂为马来酸酐接枝三元乙丙橡胶或马来酸酐接枝聚烯烃弹性体。

进一步的，所述润滑剂为硬脂酸及其盐类、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、氧化聚乙烯蜡或石蜡中的一种或几种的组合。

进一步的，所述同向平行双螺杆挤出机的机筒温度为160～195℃，所述模具温度为180～200℃。