一种可用于3D打印的PVA/PLA复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种可用于3D打印的PVA/PLA复合材料及其制备方法。该材料使用可溶于水的聚乙烯醇（PVA）和3D打印常用高分子材料聚乳酸（PLA）制备。该复合材料选用了聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）为材料相容剂、柠檬酸三乙酯及白油为润滑剂、轻质碳酸钙作为分散剂；利用单螺杆挤出机熔融共混挤出。该复合材料制成的3D打印材料综合了PVA的水溶性和PLA的生物可降解性，保证了材料的环保特性，PBAT的加入解决了PVA/PLA复合时不相容导致的材料脆性增大问题，润滑剂的加入改善了材料的表面性能，提高了材料的光泽度及手感。由于其可溶于水的优点，打印完成后支撑材料比较容易去除且不会损伤模型表面效果，特别适合打印比较精美、结构复杂的镂空制件。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于3D打印的PVA/PLA复合材料
本专利技术涉及一种物理改性制备水溶性复合材料，主要应用在3D打印支撑材料领域，特别是涉及一种可用3D打印的PVA/PLA复合材料。
技术介绍
3D打印是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或者塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方法来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。3D打印中的熔融层积成型技术(FDM)是利用工程塑料丝(如ABS、PLA等)在熔点附近可熔化堆积的特性，打印出三维制品。当制品中出现内陷、中空结构时，选择支撑材料进行打印成型，再浸渍于特定的溶液或气氛中，使支撑材料充分溶解，获得特殊结构的制品。支撑材料在异形件的打印中起到重要的作用，关系到3D打印的应用推广。3D打印技术的发展对3D打印材料提出了新的要求，以熔融挤出成型技术为例，需要综合考虑塑料熔丝尺寸和成型性能对喷头温度进行设计，若要打印大型中空制件，则必须考虑如何将中心的填充材料与表层材料分离，还必须考虑两者在分离前具有良好的粘结性，避免表层材料塌陷。PLA是从植物提炼出来的乳酸聚合而成，在3D打印耗材领域应用极为广泛。其本身具有生物可降解性，在降解过程中不会污染环境；PVA具有极佳的水溶性，在普通条件下即可溶于水中。作为3D打印支撑材料时，利用PVA材料的水溶性，模型上的支撑材料比较容易去除且对制件表面无损伤，可用于打印比较精美、结构复杂的镂空制件；PBAT作为相容剂可解决PVA/PLA复合材料不相容的问题，增加才材料韧性，使线材更易收卷，利于使用；作为润滑剂的柠檬酸三乙酯和白油等可改善线材的表面效果，使线材表面光滑；分散剂的加入使润滑剂在共混物中分布均匀，制备出的线材性能稳定，提高了材料的使用效果。本专利技术所要解决的技术问题在于虽然PVA具有可溶于水、可降解等优点，但是PVA材料本身质软，且与PLA材料粘结力较小，作为支撑材料使用时容易导致模型塌陷，影响打印效果；PVA与PLA材料复合时相容性不好，需要找到相应的相容剂。利用PBAT的增塑特性及柠檬酸三乙酯、白油等的润滑性增加线材的韧性及光滑性，改善线材特性，提高复合材料的使用性能。
技术实现思路
本专利技术的研究目的在于解决3D打印水溶性支撑材料的研发问题，利用PLA材料的生物相容性及生物可降解性，结合PVA可溶于水的优点，同时利用PBAT材料的增塑效果及柠檬酸三乙酯的润滑性改善线材韧性及表面光滑性，利用单螺杆高温挤出机熔融共混工艺，采用3D打印生产线，制备一种可用于3D打印的PVA/PLA复合材料。为了实现上述专利技术的目的，解决以PVA/PLA为基体树脂的水溶性3D打印支撑材料研发与实际应用中存在的问题，本专利技术提供以下技术方案：(1)将PVA原料置于80~90℃恒温干燥箱内干燥1~2小时。(2)按照以下组分配比配置实验材料：PVA60%~70%，PLA20%~30%，PBAT2%~4%，润滑剂0.5%~1%、分散剂0.5%~1%。（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合1~2分钟，得到混合均匀的实验料。（4）将上述混合均匀的实验料通过单螺杆高温挤出机进行挤出拉丝、收卷，得到可用于3D打印的PVA/PLA复合材料。（5）本专利技术的优点在于：本专利技术所述方法制备的可用于3D打印的PVA/PLA复合材料，主体使用材料为PVA与PLA，其中PVA可完全溶解于水，PLA在3D耗材领域应用广泛，且具有生物可降解性，在自然环境下可完全降解，不污染环境。利用PBAT增塑、柠檬酸三乙酯和白油润滑后的PVA/PLA复合材料作为支撑材料打印镂空或者中空制品时，该支撑材料可很容易地从成型零件上剥离，并且成型零件的外形也不会因支撑材料的剥离而损伤，从而达到美化表面效果，提高产品价值的作用。具体实施方式本专利技术所阐述的是一种水溶性3D打印支撑材料及其制备方法，以下通过具体实施例进一步进行说明，但本专利技术不仅限于以下实施例。实施例一（1）将PVA-217原料置于80℃恒温干燥箱内干燥1小时。(2)按照以下组分配比配置实验材料：PVA63%，PLA2003D33%，增塑剂PBAT3%，柠檬酸三乙酯0.5%，轻质碳酸钙0.5%。（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合2分钟，得到混合均匀的实验料,其中高混机的温度设置为40℃，转速为1600r/min（4）将上述混合均匀的实验料通过单螺杆高温挤出机挤出拉丝，控制丝材直径1.75mm,收卷，得到PVA/PLA复合材料，其中挤出机的3段温度依次为182℃、193℃、188℃，机头温度为190℃，眼模温度为191℃，机夹温度为191℃。主机转速为10.5赫兹,收卷速度为6.4赫兹。（5）利用（4）所制得的PVA/PLA复合材料打印耗材进行镂空制件打印，打印过程流畅不堵头，材料溶解充分，打印制件表面光滑，支撑结构牢固，与模型粘结力好，利用常温水将支撑材料溶解后所得表面无损伤，尺寸稳定无变形，可完全达到3D打印支撑材料要求。实施例二(1)将PVAM-2000置于95℃恒温干燥箱内干燥1小时(2)按照以下组分配比配置实验材料：PVA64%，PLA4032D32%，PBAT2%，柠檬酸三乙酯1%、白油0.5%，轻质碳酸钙0.5%。（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合2.5分钟，得到混合均匀的实验料,其中高混机的设置温度为40℃，转速为1800r/min（4）将上述混合均匀的实验料通过单螺杆高温挤出机挤出拉丝，控制丝材直径1.75mm,收卷，得到PVA/PLA复合材料，其中挤出机的3段温度依次为184℃、194℃、188℃，机头温度为190℃，眼模温度为191℃，机夹温度为191℃。主机转速为10.3赫兹,收卷速度为6.3赫兹。（5）利用（4）所制得的水溶性3D打印支撑材料进行镂空制件打印，打印过程流畅，打印制件表面光滑，支撑结构牢固，粘结力好，利用常温水将支撑材料溶解后所得表面无损伤，尺寸稳定无变形，可完全达到3D打印支撑材料要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于3D打印的PVA/PLA复合材料，其特征为该复合材料组成为PVA、PLA、PBAT、润滑剂和分散剂。

【技术特征摘要】
1.一种可用于3D打印的PVA/PLA复合材料，其特征为该复合材料组成为PVA、PLA、PBAT、润滑剂和分散剂。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述复合材料的制备采用的制备工艺为单螺杆高温挤出机熔融挤出。3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所用PVA为PVA-217、BP-05(0588)、M-2000中的一种或几种，其配比为60%~70%。4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所用PLA牌号为4032D、2003D、4043D中的一种或几种，其配比为30%~40%。5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所用PBAT为杜邦F2332、F2371、F2223中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所用润滑剂为柠檬酸三乙酯、白油、硅油中的一种或几种。7.根据根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所用分散剂为轻质碳酸钙。8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种可用于3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张银坤，谢众，林航，
申请(专利权)人：黑龙江鑫达企业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23