[发明专利]一种熔融沉积成型3D打印耐热立构聚乳酸线材制备方法

说明书

本发明公开了一种熔融沉积成型3D打印耐热立构聚乳酸线材的制备方法，突破了直接将聚乳酸立构复合技术应用于3D打印制造的瓶颈问题。在同向/异向双螺杆挤出机和线材挤出机的加工条件下，不需要引入任何相容剂、改性剂，利左旋聚乳酸和右旋聚乳酸之间极强立构复合作用力，制备了耐热立构聚乳酸3D打印线材，保留了聚乳酸材料全绿色、全生物降解的优势特性，有效提高了线材的耐热性，软化点提高了60‑70℃，且线材具有不易水解、抗拉强度大的特性。基于该线材可进一步加工出具有“全立构复合”结构的打印成品，可实现最终材料强力、耐热性和耐水解性的大幅、同步提高。

技术领域

本发明涉及一种立构聚乳酸线材及其制备方法，尤其涉及一种适于熔融沉积成型3D打印的高耐热聚乳酸线材及其制备方法。

背景技术

随近年来，3D打印成为了材料成型技术的研究热点之一。它是一种以数字模拟为基础、采用粉末金属或塑料等可粘合材料、通过逐层打印的方式来构造物体的快速成型增材制造技术。与传统的材料成型方法相比，3D打印具有独特的优势：高效、材料利用率高、成本较低、工作环境受限制性小、不受产品的复杂程度限制、应用领域广、绿色环保等。

熔融沉积成型(FDM)是3D打印技术几种成型方法中的一种，1988年由Scott Crump发明，是将热塑性线状材料加热熔融，从细小的喷嘴中挤出，按照切片软件设置的路径逐层沉积固化，最终形成打印件。相比于其它3D打印成型技术而言，FDM技术操作简单、制作过程稳定、工作环境干净、运行系统安全可靠、维护成本和材料成本均相对较低，在很多领域受欢迎，目前是最广泛应用的3D打印技术。

聚乳酸(PLA)凭借其优良的力学性能在FDM方向得到越来越广泛的应用。它来源于可再生资源玉米等脂肪族聚酯，具有良好的生物相容性和生物降解性.是一种颇受欢迎的环境友好性材料，同时聚乳酸具有很好的加工流动性，可用于FDM打印成型技术，这样既能解决“白色污染”的问题，又能达到快速成型的目的，具有巨大潜在价值。随着3D打印技术的普及，它已经不再只停留在院校、企业等进行小型的桌面化方面的制造，其在工业中的应用也逐渐受到青睐。

然而，常规聚乳酸(一般为左旋聚乳酸，PLLA)材料存在着重大缺陷，主要表现为耐热性、水稳定性均较差。其软化点温度只有55℃-75℃，受热时材料形态稳定性差；在高湿条件下，也容易水解变形。因此，常规聚乳酸材料不易长时间存放，易老化，不耐久。基于聚乳酸的主要缺陷，由PLLA线材直接用于3D打印所制得的产品在一定温湿度条件下，很容易出现翘曲、弯曲等热变形和分子量损失、强力损失等水解现象。基于此，现有技术中，一些研究者在这方面进行了一系列的改进。

中国专利申请CN106189134 A公开了一种碳纤维改性聚乳酸3D打印线材及其制备方法，其采用碳纤维改性，先将碳纤维进行氧化处理；再将氧化处理后的所述碳纤维浸泡在硅烷偶联剂中以制得碳纤维短棒；最后将聚乳酸与所述碳纤维短棒混合，接着进行机械成型、冷却以制得碳纤维改性的聚乳酸3D打印线材；其中，所述碳纤维短棒的长度大于150微米且小于200微米。通过该方法制得的3D打印线材具有软化点高、抗拉强度大的特性。上述技术方案的聚乳酸线材的制备方法，尽管能一定程度的改善聚乳酸材料的耐热性，但是，改性过程繁琐，改性剂获取较麻烦，消耗的原料较多。

中国专利申请CN106046726 A公开了一种3D打印用复合聚乳酸材料，是以PLLA与PDLA混合物58-85wt％、尿嘧啶衍生物类成核剂0.2-2wt％、聚乙二醇5-10wt％、羟基链烷酸酯类共聚物10-30wt％熔融共混制成的适用于3D打印的高耐热立构复合聚乳酸组合物材料。这种方法一定程度上提高了聚乳酸的结晶度和耐热温度，但是该种聚乳酸复合材料采用的改性物质尿嘧啶衍生物类成核剂、聚乙二醇、羟基链烷酸酯类共聚物是非可再生资源以及不能有效生物降解，破坏了聚乳酸材料本身所具有的宝贵的可降解性。