[发明专利]一种双网络结构的高性能聚合物基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双网络结构的高性能聚合物基复合材料及其制备方法，具体涉及到以目前可用于3D打印的高分子材料为基质，利用3D打印成型方式的特点，设置合理的打印填充率，将打印成功且带有一定空穴的制品，浸入已添加硫化剂和其它填料的胶乳中，超声、取出、晾干后硫化，形成具有独特结构的共混聚合物复合材料。其中，胶乳硫化后形成交联网络与3D打印聚合物线材网络相互贯穿，形成相互制约的双网络结构，在外力作用下，3D打印制品网络，胶乳交联网络都可以很好地吸收冲击能，提高共混聚合物材料的力学性能。此外，在胶乳中添加补强性填料或功能性填料，可进一步获得补强性或功能性聚合物基复合材料。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及到高性能聚合物基复合材料及其制备方法，特别涉及到一种具有双网络结构的高性能聚合物基复合材料及其制备方法。

背景技术

共混改性是获取高性能聚合物最直接、简单且经济的方法，然而共混聚合物在加工成形状复杂的制品时，受模具和复杂流体力学行为的制约，在获取构造精细的产品时仍有一定困难。3D打印是近年来发展迅速、颇受关注的一种极具创造性和实验性的加工技术，其独特的成型方式不仅简化了复杂的加工工艺，还省去了模具的使用，使得设计更随心随性，为一些复杂材料的加工创造了可能。尽管采用3D打印过程中的熔融层积成型(FDM)技术，将一些聚合物预先共混，再经3D打印成型方案可行，但目前开发的可3D打印的聚合物种类不多，在与其他材料共混后，同样面临复杂流体力学引起的加工稳定性问题。基于此，本课题组前期充分利用3D打印的特点，在3D打印形成的聚合物网络中，物理涂覆导电填料，制备了低填充、高性能的功能性导电复合材料(CN201910788008.1)。这种将3D打印成型样品复合其他材料，制备功能性材料的报道，还包括在3D打印形成聚合物网络的孔隙中，培养细胞(Biomed.Mater.，2019，14(6),065003)，用于骨再生支架。然而，在3D打印已成型的聚合物材料中，充分利用产物结构特点，进一步与其它高分子材料共混，获取高性能聚合物基复合材料的技术，还鲜见报道。

发明内容

基于此，本发明在前期工作基础上，继续以3D打印聚合物制品为基材，进一步获得高性能聚合物基复合材料，提高聚合物材料的使用性能，扩宽高分子材料间的复合方法：

本发明的目的之一在于充分利用3D打印的特点，制备一种高性能聚合物基复合材料，尤其是一种具有双网络结构的高性能聚合物基复合材料；

本发明的目的之二在于提供新的聚合物共混材料制备方法；

本发明涉及的双网络结构高性能聚合物基复合材料及其制备方法：以目前可用于3D打印的高分子材料为基质，设置合理的打印填充率，利用3D打印成型的特点，将聚合物3D打印成细丝，由于机头移动的拉力作用，聚合物细丝在平面呈直线平行排列，待完成一个打印平面后，改变打印机机头移动方向，使其与上一层平面的打印方向呈一定夹角，进入下一层平面打印，待这层平面打印成型时，上下两层平面间的细丝相互呈一定角度排列，并形成网络空穴，依据所需材料力学性能的要求，如此往复，调控打印层数。随后，利用此网络空穴，将打印成型的制品，浸入已添加硫化剂的含有合适固含量的胶乳中，待超声、取出、晾干后硫化，制得具有独特结构的高性能聚合物基复合材料；另外，在浸渍胶乳时，还可在胶乳中加入其他填料，包括补强性填料或功能性填料，以获得补强性聚合物基复合材料或功能性聚合物基复合材料。此发明的优点在于可使材料的原有性能全部得到增强，同时避免了聚合物共混对加工性能的影响。

本发明涉及的高性能聚合物基复合材料，其结构特征为双网络结构：浸渍的聚合物胶乳填充在连续打印的聚合物网络空穴中，经固化、交联后，可打印高分子材料和胶乳为两相结构，各自形成网络，在一定的外力条件下可达到协同的作用，以此来提高材料的力学性能。所述的可打印的高分子材料为聚乳酸(PLA)、尼龙(PA11、PA12)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)、聚醚醚酮(PEEK)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯-1，聚丁烯-1/聚丙烯合金等中的一种。