[发明专利]一种用于3D打印的高无机填充PBS线材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，属于一种用于3D打印的高无机填充PBS线材及其制备方法。

背景技术

3D打印即增材制造技术由于其独特的优势，近几年来受到人们的重视，发展程度逐步火热。3D打印的原理是通过软件将数字模型自上而下切分成许多细小的平面，再将这些平面的相对坐标经过转化送入3D打印机中，打印机的喷头将执行得到的空间位置数据，最终将熔融材料层层堆叠成一个完整的实物，其使用的打印材料可以为粉末、丝状聚合物和液态树脂等。在工业领域，该技术可以加快产品研发速度，降低模具生产成本，而在医学领域，其独特的私人订制功能给人们带来的精准医疗服务，进一步减轻病患痛苦。3D打印技术远大的前景轻松跨越了现实世界和虚拟世界的鸿沟，同时也将数字化虚拟化从电子世界带到了现实世界，不远的将来必会成为社会发展的主流大军。

3D打印技术包括多种制造方式，目前主要有熔融沉积成型（FDM）、选择性激光烧结（SLS）、分层实体制造（POM）、立体光固化成型（SLA）和选择性热烧结（SHS）等。其中熔融沉积成型技术因其打印成本较低、软硬件操作简单和打印材料容易得到而获得大面积的推广，也是最有可能进入寻常百姓家的一种增材制造技术。其技术原理为利用送丝齿轮将丝材送入预热到一定温度的打印喷嘴中形成一种熔融的丝状物质，喷嘴按照切片软件规划的路径进行三维移动，丝状物质层层堆叠最终获得产品。目前，熔融沉积成型技术所使用的材料主要是聚合物线材，分为1.75mm和3mm两种规格，主要包括PLA、ABS、PC、PS、PCL、PVC、POM和PEEK等，市场上主流的是PLA和ABS线材。但是由于ABS在打印中出现翘曲、过程释放的难闻气味和相对较高的打印温度（245℃）导致其市场占有率逐渐降低，而来源于农业作物的PLA具有良好的生物可降解性和生物相容性，渐渐成为市场的主流。然而，人们大规模使用PLA打印的过程中发现，虽然性能较为优秀的PLA其打印温度高于200℃，过高的温度一方面在使用过程中对使用者有严重烫伤的风险，而且长时间的高温打印带来了较高的能耗，对机器的损耗过大，同时长时间的高温会使喷嘴中极易残留大量碳化残渣，不利于下一次的打印。PLA由于其加工条件较苛刻，耐候性不强，以及质地太脆等缺陷严重制约其发展，故开发一种兼顾PLA的可降解性和优良的力学性能，并且来源广泛易于加工的新型3D打印线材成为增材制造领域关注的焦点。

最近一二十年来，由于白色污染导致的环境问题日益加剧，传统石油基材料的关注度逐渐下降，各国开始加大对于新型环境友好可生物降解材料的研究。作为新型的环境友好材料之一的聚丁二酸丁二醇酯（PBS）是一种线性半结晶脂肪族聚酯，熔点约为110℃，其性质与PP相似，加工性能优良，具有较高的软化温度和热稳定性，可通过多种加工方式如吹膜、注塑和纺丝等得到产品。但PBS用于3D打印技术方面在国内外鲜闻有报道。

在实际的加工过程中，由于PBS是线性结构，且分子量相对较小，在熔融挤出时其熔体强度较低，限制了其在诸多领域的应用。无机粉体来源广泛，价格低廉、对环境污染小且较易回归自然物质循环圈。在日常加工中无机粉体的片状结构易于插层到聚合物链段中，起到增强的效果，提高熔体强度，作为填料无机粉体增强聚合物的同时也降低了加工的成本。

但是PBS质地过于柔软，单纯利用无机粉体的增强作用也无法保证打印丝材不会在3D打印机的挤出装置中卷曲，所以为能提高其打印的稳定时间也需要添加质地坚硬的材料贯穿体系，起到一个骨架作用。这里选用同为环境友好的聚乳酸材料（PLA）作为骨架，其较高的熔点和优良的力学性能可以很好的起到增强效果，同时少量的添加也不会提高打印的温度，线材仍能保持低温打印的特性，并且打印温度保持在145℃左右，另外复合3D线材的成本也要低于商品PLA线材。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供了一种价格低廉、环境友好和可低温打印的高填充PBS线材及其制备方法。该方法制备的3D线材与传统PLA 3D线材相比，具有低廉的成本、较低的打印温度、适当的韧性和较广的FDM打印机适用性等优点，这些优势为FDM桌面3D打印机迈入千家万户打下坚实基础。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种用于3D打印的高无机填充PBS线材，其原料以重量百分比组成：

PBS50-70

PLA3-15

无机粉体 26-40

交联剂 0.1-2

偶联剂 0.1-2

抗氧剂 0.1-0.5

润滑剂 0.3-2