一种FDM打印用颗粒状PLA改性材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种FDM打印用颗粒状PLA改性材料及制备方法。本发明专利技术具体涉及一种大型工业用FDM打印的新型环保PLA改性材料及制备方法，包括以下重量份的组分：100份聚乳酸树脂、10～30份无机填料、5～30份聚合物弹性体、1～10份其它助剂。通过混炼挤出工艺造粒制成PLA改性材料。本发明专利技术产品易降解、环保无毒、打印流畅，无气味、无污染，安全系数高，打印成品具有表面光洁，外观漂亮，匀称，尺寸稳定，不易收缩等优良特点，非常适用于FDM 3D打印机使用。且生产过程的PLA废料可完全回收再生利用。本发明专利技术通过加入聚合物弹性体，使本发明专利技术的PLA料打印而成的产品的耐用性远远超过常规的PLA材料，而且还能承受更大的压力和磨损。

Granular PLA modified material for FDM printing and preparation method thereof

The invention discloses a granular PLA modified material for FDM printing and a preparation method thereof. The invention relates to a large-scale industrial new environmental protection PLA FDM printing modified material and preparation method, which comprises the following components by weight: 100 polylactic acid resin, 10 to 30, 5 to 30 portions of inorganic filler polymer elastomer, 1 to 10 portions of other additives. PLA modified material was made by mixing, extruding and granulation. The product of the invention is degradable, non-toxic, smooth printing. No smell, no pollution, high safety coefficient, the print product has smooth surface, beautiful appearance, symmetry, dimensional stability, easy shrinkage and other excellent characteristics, very suitable for FDM printer using 3D. And the PLA waste in the production process can be completely recovered and recycled. By adding a polymer elastomer, the invention makes the PLA material printed from the present invention have a far longer durability than conventional PLA material and is subject to greater pressure and wear.

【技术实现步骤摘要】
一种FDM打印用颗粒状PLA改性材料及制备方法
本专利技术涉及高分子材料
、3D打印
，尤其是涉及一种大型工业用FDM打印的新型环保PLA改性材料及制备方法。
技术介绍
FDM技术是应用最广泛、最具有生命力的3D打印技术，是一种快速、安全、廉价的快速成型工艺，它容易操作，设备成本低，工艺简洁。打印材料是3D打印进一步发展的主要技术瓶颈，适用于FDM3D打印机的耗材，不仅要满足高机械强度、低收缩率、适合熔融温度等要求，而且更要满足安全、无毒、无刺激性等环保要求。目前适用于FDM打印技术的耗材主要有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)等。但是，这些材料本身都有一定的缺陷，例如ABS材料遇冷收缩率大，制品易收缩变形，易发生层间剥离及翘曲等，限制了其应用。同时，由于ABS打印温度高达230℃以上，造成材料的部分分解而产生异味。PLA及其共聚物是一种具有优良的生物相容性和可生物降解性的合成高分子材料。它具有无毒、无刺激性、可塑性强、易加工成型、易被自然界中的多种微生物或动植物体内的酶分解代替，最终形成水和二氧化碳，不污染环境，因而被认为是最有前途的生物可降解高分子材料，被材料学界定为新世纪最有发展前途的新型材料。但是，聚乳酸由于自身存在一些缺陷，从而影响了其加工性能和应用，比如：自身强度不高、脆性、阻透性差、耐热性差等。具有较高的拉伸强度、压缩模量，但质硬而韧性较差，缺乏柔性和弹性，极易弯曲变形；另外，PLA的化学结构缺乏反应性官能团，也不具有亲水性，降解速度需要控制，因此有必要对PLA进行改性。现有技术中针对聚乳酸的改性往往只针对单一性能的改进。如单独对韧性进行改性、单独对耐热性进行改性或单独对阻燃性进行改性；另外，将韧性及耐热性结合起来的改性专利也有见报道。目前，市场销售的PLA改性材料基本上都是用于桌面级3D打印机的线状材料，很少有粒状的大型工业级用的PLA改性材料；而且，目前这些改性材料打印出来的产品都有诸多弊端，比如，翘曲、开裂、粘结性差、后期变形等。目前，打印材料已经严重阻碍了3D打印产业进一步的发展；因此，需要开发一种不仅价格低廉，绿色低碳环保、尺寸稳定性好、强度高、加工过程中不堵孔、不断丝、无翘曲变形等优点的FDM3D打印的PLA改性材料。这对于拓宽3D打印耗材的种类和PLA的推广应用具有较大的现实意义，而且这对提高3D打印技术的应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种价格低廉，绿色低碳环保、易降解、产品尺寸稳定、强度高、收缩率小、加工过程中不堵孔、不断丝、无翘曲变形、无开裂、粘结性好等优点的颗粒状FDM3D打印的新型环保PLA改性材料工艺。为了实现上述专利技术目的，本专利技术通过如下方式实现：一种性能优异的FDM3D打印用PLA改性材料，包括以下质量份的组分：100份聚乳酸树脂、10～30份无机填料、5～30份聚合物弹性体、1～10份其它助剂。1、四种组分优选的方案如下：聚乳酸树脂种类可以为左旋或者右旋也可以是二者的混合物，分子量5～20万，熔体流动指数10～20g/10min；无机填料优选为钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钙晶须中的一种或两种形成的混合物，无机填料的目数优选为2500～5000目。无机填料不仅可以提高PLA的刚性，同时还可以提高PLA的韧性，实现增韧增刚同时进行；聚合物弹性体为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、苯乙烯类热塑性弹性体(TPS)、聚氨酯类热塑性弹性体(TPU)、烯烃类热塑性弹性体(TPO)、聚碳酸酯弹性体中的一种或两种形成的混合物。聚合物弹性体不仅可以增加PLA的韧性，改善抗冲击性能，减少产品的易翘、易裂的状况，而且还可以增加PLA与其它物料的相容性；其它助剂包括增塑剂、增韧剂、偶联剂、抗氧化剂、抗水解剂、相容剂、润滑剂中的一种或多种。本领域技术人员可以根据实际产品性能需要，选择其中的一种或多种助剂配合添加。优选为7种助剂全部使用，所得材料的性能更加均衡。2、其它助剂中所述各种助剂的优选方案如下：所述增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚己二酸丁二醇酯中的一种或两种组成；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、磷酸三甲苯酯中的至少一种。能增加PLA的可塑性和流动性，改善加工性，且使制品具有柔韧性；所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560和钛酸偶联剂中的一种或多种；所述扩链剂为ADR，既可以补偿塑料由于干燥不好或不彻底带来的问题而给加工过程带来好处，也可以使PLA的流变性能和机械性能达到了理想平衡；所述抗氧化剂有两类，一类是四季戊四醇酯和三亚磷酸酯混合物，且质量比为1:2；另一类是抗氧剂1010和抗氧剂215复合组成，且质量比为1:3～3:1；所述抗水解剂为聚碳化二亚胺和单碳化二亚胺化合物中的一种或至少两种形成的混合物，特别优选聚碳化二亚胺和单碳化二亚胺的混合物。进一步地，优选聚碳化二亚胺和单碳化二亚胺的混合比例为1:9～9:1；所述相容剂为马来酸酐接枝高分子、由甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯共聚物共聚而成的三元共聚、GMA-乙烯-丙烯酸甲酯的三元共聚物中的一种或多种配合使用；所述润滑剂为液体石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸锌中的一种或几种的混合。3.制备方法一种性能优异的FDM3D打印用PLA改性材料工艺，包括如下步骤：a.原材料干燥：将聚乳酸、聚合物弹性体等在80～100℃下，干燥4～6h，备用；b.共混：将所有材料按比例加入高速混合搅拌机中，搅拌均匀。c.成型：将上述搅拌均匀的混合物加入同向旋转混炼双螺杆挤出机中混炼挤出，挤出机温度控制依次为在165～180℃、170～185℃、175～190℃、180～195℃、185～200℃、180～195℃；螺杆转速为80～200rpm，喂料速度为5～15rpm。挤出物料依次经拉条、冷却、吹干、造粒工序制成PLA改性材料。通常产品的直径为1.75mm或3mm两种。产品加工成何种型号，并不影响本专利技术所制备的改性材料的性能，只在于使用方便与否。本专利技术具有如下有益效果：1.本产品易降解、环保无毒、打印流畅，无气味、无污染，安全系数高，打印成品具有表面光洁，外观漂亮，匀称，尺寸稳定，不易收缩等优良特点，很好的解决了打印产品的翘曲、开裂、粘结性差等缺陷，非常适用于FDM3D打印机使用。2.本产品的PLA废料可完全回收再生利用，不仅降低了成本，提高了资源利用率，而且在当今社会提倡“低碳、节能、环保”的可持续发展战略中起到了关键作用。3.本专利技术中加入了聚合物弹性体，不仅增加了PLA和填料之间融合性，而且使PLA材料的韧性，抗冲击性等机械性能成倍提高；抗伸强度高达75Mpa；弹性模量可达1800-3500Mpa；缺口冲击强度18KJ/m2；维卡软化(B50)温度105℃。使用本专利技术的PLA料打印而成的产品的耐用性远远超过常规的PLA材料，而且还能承受更大的压力和磨损。4.本专利技术工艺流程短，设备要求简单、制造过程简便、操作方便、没有涉及严苛的化学工艺操作，生产效率高，非常适合于大规模的工业生产。具体实施方式下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。表1为本专利技术的优选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FDM打印用颗粒状PLA改性材料，其特征在于，所用原料包括以下质量份配比的组分：100份聚乳酸树脂、10～30份无机填料、5～30份聚合物弹性体、1～10份其它助剂；所述其它助剂为增塑剂、增韧剂、偶联剂、抗氧化剂、抗水解剂、相容剂、润滑剂中的一种或多种的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种FDM打印用颗粒状PLA改性材料，其特征在于，所用原料包括以下质量份配比的组分：100份聚乳酸树脂、10～30份无机填料、5～30份聚合物弹性体、1～10份其它助剂；所述其它助剂为增塑剂、增韧剂、偶联剂、抗氧化剂、抗水解剂、相容剂、润滑剂中的一种或多种的混合物。2.根据权利要求1所述的FDM打印用颗粒状PLA改性材料，其特征在于，所述聚乳酸树脂为左旋聚乳酸树脂或者右旋聚乳酸树脂，或者是二者的混合物。3.根据权利要求2所述的FDM打印用颗粒状PLA改性材料，其特征在于，所述聚乳酸树脂指标为分子量5～20万，熔体流动指数10～20g/10min。4.根据权利要求1所述的FDM打印用颗粒状PLA改性材料，其特征在于，所述无机填料为钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钙晶须中的一种或两种的混合物。5.根据权利要求1所述的FDM打印用颗粒状PLA改性材料，其特征在于，所述无机填料的目数为2500～5000目。6.根据权利要求1所述的FDM打印用颗粒状PLA改性材料，其特征在于，所述聚合物弹性体为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物、苯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、聚碳酸酯弹性体中的一种或两种形成的混合物。7.根据权利要求1所述的FDM打印用颗粒状PLA改性材料，其特征在于，所述其它助剂中，所述增韧剂为聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚己二酸丁二醇酯中的一种或两种组成；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、乙酰柠檬酸三丁酯、磷酸三甲苯酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天才，
申请(专利权)人：宁夏共享模具有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏,64