[发明专利]一种复合高分子打印材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合高分子材料及其制备方法，涉及高分子材料技术领域，以改性的碳纳米管，聚乳酸、水解聚乙烯醇和硅溶胶为原料，硅溶胶作为粘合剂，改性的碳纳米管作为芯材进行对PLA的改性对聚乳酸进行改性，从而克服现有技术中聚乳酸力学性能较差，本发明采用磁控溅射进行碳纳米管的改性，采用包芯挤出制备出具有芯核结构的打印材料，制备方法简单，芯核结构有利于克服在打印过程中，喷头处会因熔体强度下降产生漏料现象，粘在成型件上形成毛边，提升打印制件的表面质量。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，特别是指一种复合高分子打印材料及其制备方法。

背景技术

3D打印又被称为快速成型，自出现以来备受人们关注，决定3D打印成品质量的3D打印材料也受到广泛关注。目前3D打印材料中根据打印成品的不同采用的原料主要有聚合物材料、金属材料、陶瓷材料等，由于金属材料具有其他材料无法比拟的特殊性质和光泽度，打印出的成品在汽车、模具、能源、航天航空等行业有着广泛的应用前景。

高分子丝材主要应用于熔融沉积成型(FDM)技术。该技术所用机型较小，一般为桌面型，价格较为便宜，故应用较广。熔融沉积成型通俗来讲就是利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。因此，为保证成品的质量，所用材料除需有一定的强度以外，还应满足较低的收缩率，高温下较少有害物质挥发等要求。

PLA(聚乳酸)，是一种新型的可生物降解的热塑性树脂，具有可再生性，其原材料乳酸来源广泛，可通过玉米、淀粉等农产品发酵获得。PLA强度高，其废弃物在土壤或水中，30天内会彻底分解成水和CO₂，生物相容性好，PLA 材料环保、气味低，适合室内使用。

发明人在研究FDM技术用的PLA高分子丝材中发现，目前使用的PLA 高分子丝材，力学性能较差，不宜做太薄或者需要承重的部件，成型困难，打印制品脆性较大。在打印过程中，喷头处会因熔体强度下降产生漏料现象，粘在成型件上形成毛边，影响打印制件的表面质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种复合高分子打印材料及其制备方法，以克服现有技术中的全部或者部分不足。

基于上述目的本发明提供的一种复合高分子打印材料，所述的材料包括芯材层和壳材层结构，所述的芯材层为碳纳米管，所述的壳材层包括聚乳酸、水解聚乙烯醇和硅溶胶原料，且三者的质量比为1:0.4-0.8:1.8-3.3，芯材与壳材的质量比为1:1.3-2.1。

在一些可选实施例中，所述碳纳米管表面采用磁控溅射法包覆有Al₂O₃，且金属Al与碳纳米管的质量比为0.3-0.8:1。

在一些可选实施例中，所述磁控溅射法为直流磁控溅射，工艺参数为：靶材为Al₂O₃合金，溅射功率为80-110w，靶基距为6-8cm，溅射时间为40-60min，溅射镀膜采用纯度为99.999％的Ar和N₂混合气体，真空度＞4×10^-3Pa。

从上面所述可以看出，本发明的目的一是提供一种复合高分子打印材料，以改性的碳纳米管，聚乳酸、水解聚乙烯醇和硅溶胶为原料，以硅溶胶作为粘合剂，改性的碳纳米管作为芯材进行对PLA的改性对聚乳酸进行改性，从而克服现有技术中聚乳酸力学性能较差。

一种复合高分子打印材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将碳纳米管与无水乙醇在温度40-60℃超声清洗15-30min，热风干燥后，将碳纳米管进行磁控溅射包覆金属Al₂O₃，冷却至室温；