一种用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法技术

技术编号:14924348 阅读:346 留言:0更新日期:2017-03-30 16:27
本发明专利技术公开了一种用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法,将设定的原材料按比例加入到高速混合机中;各原材料的质量百分比为:55~75%的聚乳酸、10~30%的无卤环保复合阻燃剂、1~5%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1~5%的相容剂、0.3~0.6%的抗氧剂、1~5%的增韧剂、0.5~2%的润滑剂、0.1~2%的成核剂、0.5~2%的增塑剂以及0.1~0.3%的抗滴落剂;将混合后的混合物加入到螺杆挤出机中进行熔融混炼;再将熔融混炼后的产品经过水槽冷却,拉成直径Φ1.75mm±0.2mm的丝条,得到聚乳酸复合材料。该方法所制备的复合材料流动性优异,成型收缩率低,适合于热熔型3D快速打印成型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高分子复合材料
,尤其涉及一种用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法
技术介绍
近年来,快速成型得到了长足的发展,其中三维(3D)打印技术日益成熟并产业化,在生物工程、航空航天、建筑、设计等领域逐渐推广应用。3D打印有几种,最简单也是最低成本的是塑料热熔沉积打印成型,使用塑料丝条,在型腔和喷头处加热,快速将塑料熔融成液体,然后一层一层地打印3D制品。使用较多的塑料品种有ABS、尼龙、聚乳酸等。聚乳酸是由乳酸聚合的、可完全生物降解的塑料,是完全的绿色生态生物塑料,不消耗化石能源,在医药、医疗、组织工程等领域得到了应用。但是聚乳酸本身阻燃性不好,其氧指数只有18%左右,为易燃材料,因此有些应用领域需要对其阻燃,聚乳酸的阻燃多为含卤阻燃体系,但目前已受到多个环保法规的限制(如RoHS指令等),因此急需研制环保无卤阻燃聚乳酸,以扩大聚乳酸的应用范围。同时聚乳酸本身性脆,添加阻燃剂后变得更脆,甚至无法使用,另外,3D打印成型为快速成型,需要材料具有高的流动性,而阻燃聚乳酸一般流动性下降较大,因此兼顾高韧性、高流动的环保阻燃聚乳酸复合材料的制备是目前行业亟待解决的难点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法,该方法所制备的复合材料流动性优异,成型收缩率低,适合于热熔型3D快速打印成型。一种用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法,所述方法包括:将设定的原材料按比例加入到高速混合机中;其中,各原材料的质量百分比为:55~75%的聚乳酸、10~30%的无卤环保复合阻燃剂、1~5%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1~5%的相容剂、0.3~0.6%的抗氧剂、1~5%的增韧剂、0.5~2%的润滑剂、0.1~2%的成核剂、0.5~2%的增塑剂以及0.1~0.3%的抗滴落剂,上述各原材料的质量百分比之和为100%;上述原材料在所述高速混合机中高速混合1分钟后,将混合后的混合物加入到螺杆挤出机中进行熔融混炼;其中,所述螺杆挤出机的螺杆长径比为32~40,螺杆组合为中等剪切速率组合方式,温度在140~190℃之间;再将熔融混炼后的产品经过水槽冷却,拉成直径Φ1.75mm±0.2mm的丝条,得到所述聚乳酸复合材料。所采用的聚乳酸为聚L乳酸,且其熔体流动指数在10~40g/10min之间,进一步为15~30g/10min。所采用的无卤环保复合阻燃剂为二乙基次膦酸铝、三聚氰胺聚磷酸盐和线性酚醛树脂的混合物,且其质量比为1:1:0.2。所采用的相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和乙烯丙烯酸丁酯共聚物的混合物;所采用的抗氧剂为抗氧剂1010和168的混合物,其质量比在1:1~1:5之间,优选为1:2。所采用的增韧剂为聚磷腈与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳型共聚物MBS的混合物,且其质量比为1:2。所采用的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、氧化聚乙烯蜡和巴西棕榈蜡中的一种或多种的混合物。所采用的成核剂为癸二酸二苯甲酰肼与纳米二氧化硅的混合物。所采用的增塑剂为磷酸三苯酯;所采用的抗滴落剂为聚四氟乙烯微粉。所述螺杆挤出机为销钉式单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或往复式单螺杆挤出机;进一步优选为双螺杆挤出机。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出,上述方法所制备的复合材料流动性优异,成型收缩率低,阻燃性能达到UL-94V0级,冲击韧性可达15kJ/m2以上,适合热熔型3D快速打印成型,可用于要求阻燃的3D打印制品。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例所提供用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法流程示意图;图2为本专利技术所举实例中用于制备聚乳酸复合材料的双螺杆挤出机的工作结构示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述,如图1所示为本专利技术实施例所提供用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法流程示意图,所述方法包括:步骤11:将设定的原材料按比例加入到高速混合机中;在该步骤中,上述各原材料的质量百分比可以为:55~75%的聚乳酸、10~30%的无卤环保复合阻燃剂、1~5%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、1~5%的相容剂、0.3~0.6%的抗氧剂、1~5%的增韧剂、0.5~2%的润滑剂、0.1~2%的成核剂、0.5~2%的增塑剂以及0.1~0.3%的抗滴落剂,上述各原材料的质量百分比之和为100%。具体实现中,所采用的聚乳酸为聚L乳酸(PLLA),且其熔体流动指数(MI)在10~40g/10min(190℃,2.16kg)之间,这里若聚乳酸分子量太高,熔融黏度大,喷头滴落慢,影响打印速度;若聚乳酸分子量太低,制品力学性能不好,优选为15~30g/10min的聚乳酸。所采用的无卤环保复合阻燃剂为二乙基次膦酸铝、三聚氰胺聚磷酸盐和线性酚醛树脂的混合物,且其质量比为1:1:0.2。二乙基次膦酸铝是新型环保无机阻燃剂,与三聚氰胺聚磷酸盐复配使用,可以达到阻燃协同效应;线性酚醛主要作为成炭剂,增加成炭层密度,从而起到阻燃作用。所采用的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA中VA含量为15~35%,熔体流动指数MI为5~30g/10min(190℃,2.16kg)。添加EVA可以提高复合材料的韧性,同时可以增加3D打印各层之间的粘结性(熔接痕强度)。所采用的相容剂为聚乙烯接枝马来酸酐(接枝率为1~4%)、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物和乙烯丙烯酸丁酯共聚物的混合物;采用带有环氧基团的相容剂还具有对聚乳酸扩链的作用,从而进一步提高聚乳酸复合材料的韧性。所采用的抗氧剂为抗氧剂1010和168的混合物,其质量比在1:1~1:5,优选1:2,避免在加工过程中的降解。所采用的增韧剂为聚磷腈与甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯核壳型共聚物MBS的混合...
一种用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法

【技术保护点】
一种用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括:将设定的原材料按比例加入到高速混合机中;其中,各原材料的质量百分比为:55~75%的聚乳酸、10~30%的无卤环保复合阻燃剂、1~5%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、1~5%的相容剂、0.3~0.6%的抗氧剂、1~5%的增韧剂、0.5~2%的润滑剂、0.1~2%的成核剂、0.5~2%的增塑剂以及0.1~0.3%的抗滴落剂,上述各原材料的质量百分比之和为100%;上述原材料在所述高速混合机中高速混合1分钟后,将混合后的混合物加入到螺杆挤出机中进行熔融混炼;其中,所述螺杆挤出机的螺杆长径比为32~40,螺杆组合为中等剪切速率组合方式,温度在140~190℃之间;再将熔融混炼后的产品经过水槽冷却,拉成直径Φ1.75mm±0.2mm的丝条,得到所述聚乳酸复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于热熔型3D打印的聚乳酸复合材料的制备方法,其特征在于,所述方法包
括:
将设定的原材料按比例加入到高速混合机中;其中,各原材料的质量百分比为:
55~75%的聚乳酸、10~30%的无卤环保复合阻燃剂、1~5%的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、
1~5%的相容剂、0.3~0.6%的抗氧剂、1~5%的增韧剂、0.5~2%的润滑剂、0.1~2%的成
核剂、0.5~2%的增塑剂以及0.1~0.3%的抗滴落剂,上述各原材料的质量百分比之和为
100%;
上述原材料在所述高速混合机中高速混合1分钟后,将混合后的混合物加入到螺杆挤
出机中进行熔融混炼;其中,所述螺杆挤出机的螺杆长径比为32~40,螺杆组合为中等
剪切速率组合方式,温度在140~190℃之间;
再将熔融混炼后的产品经过水槽冷却,拉成直径Φ1.75mm±0.2mm的丝条,得到所述
聚乳酸复合材料。
2.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,
所采用的聚乳酸为聚L乳酸,且其熔体流动指数在10~40g/10min之间,进一步为
15~30g/10min。
3.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,
所采用的无卤环保复合阻燃剂为二乙基次膦酸铝、三...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨明山赵祎宁
申请(专利权)人:北京石油化工学院
类型:发明
国别省市:北京;11

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