[发明专利]一种3D打印用PBS/PBC材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种3D打印用 PBS/PBC材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术，即增材制造技术，与机器人技术、人工智能技术一起被称为推动第三次工业革命的关键技术。3D打印技术是一种通过逐层增加堆积材料来生成三维实体的快速增材制造技术，它与传统的减材制造技术相比，具有损耗低、产品制造智能化、精准化和高效的特点。尤其是涉及到复杂形状的高端制造领域，3D打印技术显示出了巨大的优越性。

根据打印技术原理以及所适用材料的不同，3Ｄ打印技术可分为激光熔覆成型技术(LCF)、融沉积快速成型技术(FDM)、选择性激光烧结技术(SLS)、立体光固化技术(SLA)、三维印刷成型(3DP)等。FDM是一种快速、安全、廉价的快速成型工艺，它容易操作，所用设备成本低，工艺简洁，可用材料种类多，较为廉价且利用率高，适合办公室环境使用。目前FDM系统在全球已安装的快速成型系统中约占30%，是目前流行的桌面3D打印机采用的主流技术。

聚乳酸(PLA)是FDM技术是目前应用最广泛的具有生物降解性和生物相容性的高分子材料，但是PLA用于3D打印时喷头温度一般在230℃左右，能耗较高，容易造成操作人员烫伤，不适用于儿童用3D打印机。因此开发既与PLA一样具有生物降解性和生物相容性，又能较低温度打印的新型3D打印材料成为研究的热点。

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，也称聚丁烯琥珀酸酯或聚琥珀酸丁二酯，其熔点为105℃，结晶温度在61℃左右，相对结晶度为40-60%，是一种具有完全生物降解能力的半结晶性树脂，具有良好的加工性能。目前，可应用于餐饮用具、日杂用品、农用材料、生物医用高分子材料、食品药品包装材料等方面，但是直接用于3D打印的PBS材料尚未见诸报道。

纯的PBS直接应用于3D打印存在热收缩的问题，再加上PBS主链为脂肪族碳氧链组成，韧性和拉伸强度有待进一步提高。聚碳酸丁二醇酯(PBC)是一种还未被广泛研究的新型脂肪族聚酯材料，其结果与聚己内酯(PCL)非常相似。PBC具有很好的力学性能，拉伸强度达到40MPa，断裂伸长率约为300%，是纯PLA的50倍左右。

碳纳米管(CNTs)是一种新型的碳材料，具有极大的长径比。根据组成石墨片层数的不同，CNTs可分为单壁CNTs(SWNT)和多壁CNTs(MWNT)。两种形态的CNTs都显示处卓越的力学性能。CNTs的弹性模量超过1TPa，与金刚石的模量相当。其弹性应变约为5%，最高可达12%。由于CNTs螺旋性及直径的不同，CNTs可以表现出金属性和半导体性，CNTs以其独一无二的结构特性、超强的力学性能、独特的光电性能、比表面积大和优异的吸附性能等特性使其迅速地成为化学、材料科学等领域的一个研究热点，CNTs在复合材料领域将具有广泛的应用前景，近年来有许多学者将其与高分子材料进行复合，取得了一些令人瞩目的成果。

发明内容

基于上述背景和问题，本发明的目的在于提供一种3D打印用PBS/PBC材料及其制备方法。本发明采用两种全生物降解的树脂PBS、PBC，CNTs，制备PBS/PBC/CNTs合金材料，该合金材料具有能够在较低温度下成型打印、同时具有良好的力学性能。

本发明的上述效果是通过如下技术方案实现的：

本发明所述的一种用于3D打印的PBS/PBC材料，其特征在于：

(1)按照重量百分比配方：

PBS 50-97

PBC 3-90

增容剂0-10

增强剂0-5

成核剂0.1-2

(2)制备方法：

A.将PBS、PBC分别在80℃、40℃真空干燥箱中干燥12h；

B.按照质量份比配方，称取干燥后的PBS、PBC、增容剂、增强剂、成核剂；

C.将称取后的各组分置于高速捏合机中，保持转速1000-6000rpm/min，高速搅拌5-30min；

D.将混合均匀的PBS、PBC、增容剂、增强剂、成核剂加入到螺杆挤出机加料口，螺杆挤出机参数为：一区75-130℃，二区90-150℃，三区90-160℃，四区80-150℃，五区100-160℃转，速为10-150rpm/min；

E.将挤出机模口挤出的PBS/PBC线材分别经过第一水冷槽和第二水冷槽进行冷却，得到1.75±0.05mm或3±0.05mm的挤出线材；