[发明专利]一种用于熔融沉积3D打印的热塑性聚酰胺弹性体丝材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于熔融沉积3D打印的热塑性聚酰胺弹性体丝材及其制备方法。该弹性体是由不同种类和/或不同的分子量的聚酰胺与聚醚和/或聚酯通过缩合聚合而成。其制备方法为：1）将90‑100份的热塑性聚酰胺弹性体、0.1‑1.0份的抗氧化剂、0‑10份的配料放入高速混合机中预混均匀，混合时间10‑30min，温度为25‑90℃；2）将预混物放入双螺杆挤出机以一定温度挤出并牵引成1.75±0.05mm，或2.85±0.05mm，或3±0.05mm直径的丝材，以获得适用于熔融沉积3D打印的弹性体丝材。所获得的丝材在打印过程中不易断料、不易拉丝，层间黏着力较强。打印制品不易翘曲、精度较高、具有一定的强度和优异的柔韧性。

技术领域

本发明属于聚合物3D打印材料技术领域，具体涉及一种用于熔融沉积3D打印的热塑性聚酰胺弹性体丝材及其制备方法。

背景技术

3D打印技术在上世纪八九十年代，起源于美国。基本原理是依靠计算机按照输入的数字模型所规划出的路径，控制喷头或激光逐层熔铸出实体制件。经过将近30多年的飞速发展，3D打印技术衍生出了多种不同的技术设备及成型方式以适应不同的材料和使用场景，其中适用于高分子材料的技术手段主要有如熔融沉积成型技术(FDM)、光固化成型技术(SLA)、选择性激光烧结技术(SLS)、分层实体制造技术(LOM)、数字光处理技术(DLP)、聚合物墨水喷射技术(Poly Inject)。由于3D打印增材制造技术快速成型的优势，可大大缩短产品研发周期、节约经费，对新产品的研发、试制和成型有重要意义。正因此，广泛应用于航空航天、生物医疗、汽车制造、运动器件、微电子器件、模具铸造等诸多领域。

熔融沉积成型技术(FDM)是典型的3D打印技术之一，其结构简单，价格便宜，体型小巧，利于维护，是最早大范围使用推广使用的3D打印增材制造技术。其主要结构有喷头、加热机构、送丝机构、运动机构和控制主板及输入端。打印材料通过送丝机构，经加热机构熔融并从挤出，经运动机构的反复运行和升降，使粘流态的材料逐层堆叠并固化成型。

目前市场上较为主流的基体材料有聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)等，可以进行3D打印的热塑性弹性体材料主要是聚氨酯(TPU)，研究领域也多以这些聚合物的物理共混改性为主，但现有技术中所获得的弹性体丝材存在整体偏硬、丝材直径不稳定，加工温度窄、挤出不畅、层间粘着性差、断料、不易拉丝等的缺陷，不适合于熔融沉积3D打印。

热塑性聚酰胺弹性体材料(TPAE)是一种具有广泛应用前景的新型热塑性弹性体(TPE)材料，但目前还没有将其用于3D打印领域的研究。TPAE是由聚酰胺硬段和聚酯或聚醚软段经嵌段共聚组成。聚酰胺硬段凭借其高的熔点或玻璃化转变温度，在常温下可作为物理交联点，保持材料的固态特性；聚醚或聚酯软段凭借其高柔性的特点，赋予了弹性体材料的弹性和韧性，二者共同赋予了TPAE优异的韧性、耐化学性、耐磨性、低吸湿性及消音性。因此，如何将TPAE与3D打印技术结合，以期其在航空航天、医疗器械、汽车制造、运动装备与器件、微电子器件、传感器和驱动器等诸多领域有更进一步的发展前景，是目前科研人员普遍关注的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种以聚酰胺作为硬段，聚醚和/或聚酯作为软段，兼具聚酰胺强韧耐磨和聚醚/聚酯的弹性及韧性，可用于熔融沉积3D打印的热塑性聚酰胺弹性体丝材，同时提供其制备方法是本发明的另一发明目的。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于熔融沉积3D打印的热塑性聚酰胺弹性体丝材，所述热塑性聚酰胺弹性体主要由羧基封端的聚酰胺链段、氨基或羟基封端的聚醚和/或聚酯链段构成，其分子链重复单元具有以下结构：

或者为：

式中，R₁表示聚酰胺链段，R₂、R₃表示聚醚和/或聚酯链段。