[发明专利]一种TPU基磁响应4D打印耗材的制备方法及其应用

摘要

本发明公开了一种TPU基磁响应4D打印耗材的制备方法及其应用。首先对Fe3O4进行表面活性反应制得Fe3O4活性功能颗粒，然后通过熔融共混法将Fe3O4活性功能颗粒引入形状记忆性能优异的半结晶状TPU树脂中，再通过双螺杆挤出挤出制得TPU基磁响应4D打印耗材。该TPU基磁响应4D打印耗材应用于FDM技术打印磁响应智能结构件。本发明通过简单的方法制得TPU基磁响应4D打印耗材，且所制得的TPU基磁响应4D打印耗材具有灵敏的磁响应性，以及优异的热学、力学和形状记忆性能。4D打印出的智能结构件磁响应灵敏且机械性能优异。

主权项

1.一种TPU基磁响应4D打印耗材的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1) 将1质量份的Fe3O4纳米颗粒溶于3~5质量份的二氯甲烷中，密封超声分散2h，制得黑色分散液；(2) 将步骤(1)制得的黑色分散液与等体积的ε‑己内酯单体混合，并密封超声分散1h，加入催化剂，在氮气氛下，120~140℃搅拌反应18~22h，得到粘稠状的混合液，加入体积为ε‑己内酯单体体积2倍的二氯甲烷进行稀释，经过滤洗涤除去杂质，在冰正己烷中沉淀，抽滤洗涤除去未反应的单体，得到黑色粉末即为Fe3O4活性功能颗粒；(3) 取TPU树脂放入80℃的烘箱中干燥4h，获得干燥后的TPU树脂，备用；(4) 按照以下质量百分比称取原料：步骤(2)制得的Fe3O4活性功能颗粒15~30%，步骤(3)获得的干燥后的TPU树脂67.0~83.6%，抗氧剂1010 0.3~1.0%，塑料通用内部润滑剂0.8~1.0%，塑料通用外部润滑剂0.3~0.8%，所有原料质量百分比之和为100%；(5) 将步骤(4)称取的原料混合并用密炼机于145~195℃混炼80~120min，然后放入恒温干燥箱，于70~90 ℃下干燥4~6 h，制得复合材料；(6) 将步骤(5)制得的复合材料用双螺杆挤出机造粒，得到直径为1~3.5mm，长度为4~6mm的复合磁性粒料，于80℃下干燥10 h备用，挤出过程螺杆转速控制在25~35 r/min，温度控制在175~225℃，进料口压力为35~60MPa，出料口压力为35~60MPa；(7) 使用双螺杆挤出机对步骤(6)制得的复合磁性粒料再次进行挤出，控制挤出过程螺杆速度为34~38 r/min，温度控制在185~215℃，进料口压力为35~60MPa，出料口压力为35~60MPa，使复合物能够连续均匀挤出，挤出物经水槽冷却、真空干燥后，由缠绕机收集，收集速度设置为9~11m/min，将挤出物直径控制在1.75 mm或3.0 mm，所得丝材即为TPU基磁响应4D打印耗材；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；所述TPU树脂为形状记忆性能优异的半结晶状TPU树脂，其结晶度为15~50 wt%。