聚醚酰亚胺丝材、其制备方法及在3D打印中的应用技术

本发明专利技术公开了一种聚醚酰亚胺丝材、其制备方法及在3D打印中的应用。所述聚醚酰亚胺丝材的制备方法包括：将干燥的聚醚酰亚胺颗粒置于单螺杆挤出机中挤出并冷却，得到聚醚酰亚胺丝材；其中，所述单螺杆挤出机的一区温度为345℃～355℃，二区温度为360℃～370℃，牵引速度为6～8m/min，并且所述单螺杆挤出机的挤出速度为20～30r/min。本发明专利技术的聚醚酰亚胺丝材的制备方法挤出方便且挤出速度容易控制，而且利用所获的打印耗材作为3D打印材料能更好地满足FDM工艺的需要，使所获3D打印产品的综合性能得到明显的增强。

Polyether imide wire material, preparation method thereof and application in 3D printing

The invention discloses a polyether imide wire material, a preparation method thereof and an application in the 3D printing. Including the polyetherimide wire preparation method: dry polyetherimide particles in single screw extruder extrusion and cooling, get polyetherimide wire; wherein, the single screw extruder a temperature of 345 DEG to 355 DEG C, two zone temperature of 360 DEG C to 370 C, traction speed is 6 ~ 8m/min, the extrusion speed and the single screw extruder is 20 ~ 30r/min. Method of polyetherimide wire preparation of the invention is convenient and easy to control the speed of extrusion extrusion, and the use of printing supplies received as 3D printing materials can better meet the needs of FDM process, the comprehensive performance by 3D printing products are significantly enhanced.

【技术实现步骤摘要】
聚醚酰亚胺丝材、其制备方法及在3D打印中的应用
本专利技术涉及一种打印耗材，特别涉及一种聚醚酰亚胺(Polyetherimide，简称PEI)丝材及其制备方法，以及其在3D打印中的应用，属于增材制造

技术介绍
增材制造是利用计算机将CAD模型沿一个方向离散成系列二维截面图，然后根据信息逐层均匀打印堆积成型的快速方法。3D打印，也称增材制造，属于快速成型(RP)技术的一种，是基于计算机三维CAD模型，采用逐层堆积的方式直接制造三维物理实体的方法。增材制造技术不受成型几何实体外形限制，直接将三维的立体模型加工变为平面加工，可以在一台设备上快速精密地制造出任意复杂形状和结构的零部件，从而实现“自由制造”。现有的3D打印技术主要有熔融沉积成型(FDM)、光固化成型(SLA)、选择性激光烧结(SLS)等。其中，FDM作为一种基于喷射技术的成型工艺，设备简单，工艺洁净、运行成本低且不产生过多加工残留物，能够制作有较高强度的工程塑料件，因此已然称为现今应用最广泛并且应用扩张速度最快的一种成型工艺，在诸如产品设计、测试与评估等多个领域都广受青睐。一般来讲，在FDM工艺中，打印材料是以单丝形式通过一个夹送辊系统被送进打印机中，随后在塑化腔内受热熔融，通过喷头挤出，在工作台上逐层沉积固化成型，最终制得产品。但是，现有的FDM成型工艺基本上只能采用ABS、PLA、PA12等低熔点塑料作为打印材料，而且所获打印产品的质量亦不甚理想，无法满足实际应用的需求。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种聚醚酰亚胺丝材及其制备方法，以克服现有技术中的不足。本专利技术的另一目的在于提供所述聚醚酰亚胺丝材在3D打印中的应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种聚醚酰亚胺丝材的制备方法，其包括：将干燥的聚醚酰亚胺颗粒(PEI)置于单螺杆挤出机中挤出并冷却，得到聚醚酰亚胺丝材；其中，所述单螺杆挤出机的一区温度为345℃～355℃，二区温度为360℃～370℃，牵引速度为6～8m/min，并且所述单螺杆挤出机的挤出速度为20～30r/min。作为较佳优选实施方案之一，所述制备方法包括：对未经干燥处理过的聚醚酰亚胺颗粒进行鼓风干燥或真空干燥，得到干燥的聚醚酰亚胺颗粒。优选的，所述鼓风干燥的温度为150℃～170℃，时间为30～48h。进一步优选的，所述干燥的聚醚酰亚胺颗粒中水的含量在0.02wt％以下，特别是小于0.02wt％。进一步的，所述制备方法包括：将所述聚醚酰亚胺丝材通过卷取装置卷曲成盘，并置于干燥皿中。作为较佳优选实施方案之一，所述制备方法包括：在将干燥的聚醚酰亚胺颗粒从单螺杆挤出机中挤出时，采用风冷方式对挤出的聚醚酰亚胺丝材进行冷却。优选的，所述单螺杆挤出机的挤出喷嘴与牵引装置的距离为2～3m。保证丝材有足够的距离来冷却固化，不至于冷却过快或过慢。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的聚醚酰亚胺丝材，其直径为1.7～1.9mm，优选为1.75±0.1mm。进一步的，所述聚醚酰亚胺丝材的比重为1.27～1.3，抗拉强度为100～112MPa，断裂伸长率为50％～60％，拉伸模量为330MPa～365MPa，热变形温度为201℃～210℃，洛氏硬度M为100～109。本专利技术实施例还提供了前述聚醚酰亚胺丝材于3D打印中的应用。本专利技术实施例还提供了一种3D打印耗材，其包含前述的聚醚酰亚胺丝材。本专利技术实施例还提供了一种3D打印方法，其包括：将所述的聚醚酰亚胺丝材或所述的3D打印耗材以3D打印设备进行3D打印，其中采用的打印的温度为360℃～380℃，基板温度可以从室温到300℃，成型室温度可以从室温到300℃，打印速度为30～50mm/s。优选的，在进行3D打印时，成型室温度低于基板温度10～20℃。优选的，在进行3D打印时，所述基板的温度为200～250℃，尤其优选为250℃。优选的，在进行3D打印时，所述的成型室温度为200～260℃，尤其优选为200℃。优选的，所述3D打印方法包括：将所述的聚醚酰亚胺丝材或所述3D打印耗材先置于鼓风干燥箱中干燥2～4h，之后再进行打印。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：(1)本专利技术提供的聚醚酰亚胺丝材的制备方法主要是采用单螺杆挤出机挤出PEI、等，挤出方便且挤出速度容易控制；(2)利用本专利技术提供的PEI等丝材作为打印原料，并配合本专利技术提供的3D打印方法，采用高温FDM设备，打印温度能够突破传统的桌面式打印机打印温度不超过280℃的局限，能够达到350℃以上，再通过将成型室温度提高至合适范围，能够明显地减少PEI打印件Z轴方向的温度梯度，能够明显地提高PEI树脂打印件的质量(如强度、精度和表面质量等)，同时也能改善其各向异性，使材料能够更好地满足现有FDM工艺的需要，打印样品的综合性能得到明显的增强；(3)利用本专利技术提供的PEI丝材等作为3D打印耗材，可丰富用于FDM成型的高分子材料系统。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案之中打印的力学试样的结构示意图；图2是本专利技术一典型实施方案之中制备的聚醚酰亚胺丝材的DSC曲线图及玻璃化转变温度示意图；图3是本专利技术实施例1制备的聚醚酰亚胺丝材的照片示意图；图4是本专利技术实施例1中聚醚酰亚胺丝材的制备流程图；图5是本专利技术实施例2制备得到的聚醚酰亚胺耗材用于FDM打印力学试样经万能试验机拉断后的照片；图6为分别由本专利技术实施例1-3制备的聚醚酰亚胺丝材力学试样拉伸应力-应变图；图7是本专利技术实施例3制备的聚醚酰亚胺丝材力学试样在打印温度为370℃时脆断件的脆断图；图8a-图8c是本专利技术在打印温度为370℃时，基板温度分别为200℃、220℃、250℃时打印出来的打印件的照片示意图；图9a-图9b是本专利技术实施例5中打印温度为370℃，基板温度为220℃时打印出来的打印件的照片示意图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供的一种聚醚酰亚胺丝材的制备方法包括：将干燥的聚醚酰亚胺颗粒置于单螺杆挤出机中挤出并冷却，得到聚醚酰亚胺丝材；其中，所述单螺杆挤出机的一区温度为345℃～355℃，二区温度为360℃～370℃，牵引速度为6～8m/min，并且所述单螺杆挤出机的挤出速度为20～30r/min。作为较佳优选实施方案之一，所述制备方法包括：将未经干燥处理过的聚醚酰亚胺颗粒进行鼓风干燥或真空干燥，得到所述干燥的聚醚酰亚胺颗粒。优选的，所述鼓风干燥的温度为150℃～170℃，尤其优选为170℃。所述鼓风干燥的时间为30～48h。进一步优选的，所述干燥的聚醚酰亚胺颗粒中水的含量在0.02wt％以下，特别是小于0.02wt％。在本专利技术的前述实施方案中，在进行挤出前，通过对打印耗材(尤其优选为PEI)颗粒进行充分干燥，使其中的水分低于0.02wt％，可以有效减少或避免水分对PEI挤丝过程的影响，使得丝材中不会有比较多的气泡，以及使挤丝比较顺利。作为较佳优选实施方案之一，所述制备方法包括：将所述聚醚酰亚胺丝材通过卷取装置卷曲成盘，并置于干燥皿中备用。作为较佳优选实施方案之一，所述制备方法包括：在将干燥的聚醚酰亚胺颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚醚酰亚胺丝材的制备方法，其特征在于包括：将干燥好的聚醚酰亚胺颗粒置于单螺杆挤出机中挤出并冷却，得到聚醚酰亚胺丝材；其中，所述单螺杆挤出机的一区温度为345℃～355℃，二区温度为360℃～370℃，牵引速度为6～8m/min，并且所述单螺杆挤出机的挤出速度为20～30r/min。

【技术特征摘要】
1.一种聚醚酰亚胺丝材的制备方法，其特征在于包括：将干燥好的聚醚酰亚胺颗粒置于单螺杆挤出机中挤出并冷却，得到聚醚酰亚胺丝材；其中，所述单螺杆挤出机的一区温度为345℃～355℃，二区温度为360℃～370℃，牵引速度为6～8m/min，并且所述单螺杆挤出机的挤出速度为20～30r/min。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：对未经干燥处理过的聚醚酰亚胺颗粒进行鼓风干燥或真空干燥，得到干燥的聚醚酰亚胺颗粒；优选的，所述鼓风干燥的温度为150～170℃，时间为30～48h；优选的，所述干燥的聚醚酰亚胺颗粒中水的含量在0.02wt％以下。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将所述聚醚酰亚胺丝材通过卷取装置卷曲成盘，并置于干燥皿中。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：在将干燥的聚醚酰亚胺颗粒从单螺杆挤出机中挤出时，采用风冷方式对挤出的聚醚酰亚胺丝材进行冷却；和/或，所述单螺杆挤出机的挤出喷嘴与牵引装置之间的距离为2～3m。5.由权利要求1-4中任一项所述方法制备的聚醚酰亚胺丝材，其特征在于：所述聚醚酰亚胺丝材的直径为1.7～1.9mm，比重为1.27～...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰华，江圣龙，朱丁纯，郭建军，许高杰，李志祥，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33