[发明专利]一种光照可逆变形的用于4D领域的3D打印树脂材料

说明书

本发明属于3D打印材料领域，具体属于熔融沉积的光敏3D打印材料，该材料在无光条件下（暗箱中）熔融沉积3D打印成型后，通过不同强度的光照可呈现不同的形态，且形态变化可逆，这种可逆性与光照强度相关。该材料包括以下重量百分比的组分制备而成：聚氯乙烯占比重6~33%，丙烯腈占比重5‑7%，光敏剂占比重10~20%，光稳定剂占比重1~2%，逆变剂占比重8~10，自由基占比重：0.3~2%，光感阴阳离子交换复合物占比重16~35%，阳离子引发剂占比重0.5~2%，阴离子引发剂占比重0.4~1.8%，阳离子猝灭剂占比重0.2~0.8%，阴离子猝灭剂占比重0.4~1.2%。本发明的光敏可逆3D打印树脂材料适用的光照强度范围为0.5LX~14万勒克斯（LX）。该感光范围属于日常生活领域的普遍照度领域，因此该光敏树脂具有较为普遍的感光性能。

技术领域

本发明属于3D打印智能材料技术领域，尤其涉及一种光敏可逆变形的4D打印耗材的制备方法及应用。

背景技术

4D打印（Four-dimensional Printing）概念的提出是在2013年的娱乐设计大会上，由麻省理工学院的Tibbits等人首次提出。所谓4D打印指的是，它比3D打印多了一个维度，即时间维度，但是其成型方法依旧是沿用3D打印成型。通过采用3D打印制备的三维物体，在特定的外界刺激下（如光，声，电，磁场，辐照等），材料的物理特性（这里指形状）发生随外部刺激程度的改变而变化的。4D打印克服了传统3D打印材料的许多不足，它所用的材料是一种敏感的智能材料，这种材料的研究和开发对于推动未来材料领域的变革具有重要的意义。

目前，国内外对于4D材料的研究还处于起步阶段，大多都停留在温度激励，磁场激励，以及光敏材料。例如专利CN201810249105提出了一种磁相应的4D打印材料。以及专利CN201410610090提出一种光敏3D打印材料，等等。这些材料都具有一定的新颖性。但是这些材料都是属于在外界激励作用后，形状不可逆的或者不可恢复的3D打印材料，因此这些材料不能称为真正意义上的4D打印耗材。而本发明所提出的这种4D打印材料是一种光敏可逆变形材料，它的变形程度与环境的光照强度相关。该材料不仅在4D打印领域，甚至在新型智能材料领域都具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光照强度响应的形状可逆变形的4D打印材料的制备方法，其适用的光照强度范围为0.5-140000LX，激励光源波长范围为450-780nm。

本发明所述的光敏可逆变形的4D打印耗材打印温度为220-250℃之间，颜色为淡棕褐色，由于本材料遇不同光照强度会产生相应的变形，而这种变形不利于3D打印成型，因此本发明对打印室的光照强度有严格要求，即打印室内的光照强度应低于10LX。

本发明所述的一种光照可逆变形的用于4D领域的3D打印树脂材料具体制备方法如下：

（1）在有真空搅拌装置和真空添加系统的无光反应釜中，按照权利要求1所述的质量比，依次加入聚氯乙烯，丙烯腈，光敏剂，光稳定剂，然后在85℃下，一个大气压环境中搅拌120分钟，使之软化成为浅蓝色。

（2）随后将浅蓝色软化物在抽真空，冲氮气保护，真空度低于100Pa的无光环境中，继续加入逆变剂，自由基，光感阴阳离子交换复合物，阳离子引发剂，和阴离子引发剂，升温至220℃，搅拌速率为50~80r/min继续反应1小时。

（3）将步骤2制备的中间产物，保持真空度和无光环境不变，关闭真空设备和氮气保护设备，降低温度至120℃，加入阴离子猝灭剂和阳离子猝灭剂继续搅拌30min。

（4）将步骤3制备的中间产物放置于密炼机中于160-180℃混炼90min后，在50℃下无光恒温干燥6小时，制得原材料。

（5）将步骤4所述的原材料进行挤出拔丝，制备直径为0.8~3.5mm的丝材，挤出过程出丝速率控制在10M/min以下，拔丝温度在220-250℃之间。