CN104004377A - 一种软性弹性3d打印橡胶耗材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供软性弹性3D打印橡胶耗材，其组分及质量百分含量为：TPE10%—90%、TPU3%-10%、PLA10%-90%、PHA2%-10%、相容剂1%-2%。该橡胶耗材具有橡胶的高弹性、高强度、高韧性，环保无毒安全，硬度范围广，具有优良的着色性，耐候性，防水性，耐磨性和耐温性，加工性能优越，无须硫化，其适用于国内外的FDM型3D打印机，不需要改装打印机的任何软硬件。通过加热打印喷嘴加热至240-260℃熔融沉积而成型出各种不同立体模型，而且打印出来的立体模型有极低的收缩性、良好的尺寸稳定性、良好的粘性。该软性弹性橡胶耗材能使用在众多领域，比如可打印出衣服、鞋子、成人用品、电子产品、汽车配件、母婴用品、服饰配饰、按摩器材、运动用品、卫浴用品、包装容器、医疗器材、薄膜外壳、手柄包胶、餐具、玩具等等。

Description

一种软性弹性3D打印橡胶耗材及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种3D打印耗材，具体是一种软性弹性3D打印橡胶耗材及其制备方法。

背景技术

现在世界上用于FDM原理的3D打印机的耗材，基本都是硬质性耗材，例如ABS、PLA、PA、PC、PP等，而工业和生活应用中是需要很多软质性回弹性材料的，所以拓宽3D打印在实际耗材应用上的范围，是必须的。

目前国外有几家厂商生产了一些软性弹性3D打印耗材，但都存在某些缺点，主要体验在：

1.虽然耗材比较柔软，但国外厂商没能充分把握原料调配而造型的线材软硬度，致使线材太柔软，用于FDM原理3D打印机上容易在咬线齿轮中卡死，故不能适用于市面上广泛的、主流的3D打印机。

2. 目前国外厂家所用的软性弹性耗材所打印出来的立体模型，收缩性很大、尺寸不稳定，故使得立体模型容易变形损坏，而且粘性差，打印过程中模型粘结于打印机的底板或热床时很容易翘起，导致后续的打印出现偏差错误。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种适用性强，具有极低的收缩性、良好的尺寸稳定性、良好的粘性的软性弹性3D打印橡胶耗材；进一步提供一种软性弹性3D打印橡胶耗材的制备方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种软性弹性3D打印橡胶耗材，其特点是其组分及质量百分含量为：

TPE 10%—90%；

TPU 3%-10%；

PLA 10%-90%；

PHA 2%-10%；

相容剂1%-2%。

进一步地，该软性弹性3D打印橡胶耗材的组分及质量百分含量为：

TPE 70%-90%；

TPU 3%-5%；

PLA 5%-10%；

PHA 2%-3%；

相容剂 1%-2%。

该软性弹性3D打印橡胶耗材的组分及质量百分含量还可以为：

TPE 10%-20%；

TPU 3%-5%；

PLA 70%-90%；

PHA 2%-3%；

相容剂1%-2%。

更进一步地，该软性弹性3D打印橡胶耗材的组分及质量百分含量为：

TPE 10%；

TPU 5%；

PLA 80%；

PHA 3%；

相容剂2%。

本发明的软性弹性3D打印橡胶耗材的组分及最佳质量百分含量为：

TPE 80%；

TPU 5%；

PLA 10%；

PHA 3%；

相容剂2%。

上述TPE、TPU二种热塑性弹性体均可由TPV、PU、EVA等其它弹性塑胶代替。

上述相容剂可以为环状酸酐型的相容剂，还可以用马来酸酐、羧酸型、环氧型的相容剂代替。

本软性弹性3D打印橡胶耗材的制备方法，制备步骤如下：

①、将TPE、TPU、PLA、PHA按比例调配；

②、将调配好的原料放入干燥机内以90℃-100℃的温度干燥2小时以上，使原料含水量降至0.2%-0.5%；

③、将干燥后的原料混合相容剂后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度190℃-210℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速30-60RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.1-0.2mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以80℃-100℃干燥2-3小时；

⑦、将复合颗粒加入塑胶挤出机，经过温度190℃-220℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速30-60 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的塑胶线条；

⑨、塑胶线条进入6米长的10℃-15℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。

本发明由于采用TPE、TPU二种热塑性弹性体与PLA的有效融合，从而使该软性弹性3D打印橡胶耗材具有橡胶的高弹性、高强度、高回弹性、高韧性，环保无毒安全，而且通过调整各成分的不同比例，可以获得不同的、宽广的硬度，具有优良的着色性，触感柔软，耐候性，防水性，耐磨性和耐温性，加工性能优越，无须硫化，因此该软性弹性橡胶耗材适用于国内外的FDM型3D打印机，不需要改装打印机的任何软硬件。通过加热打印喷嘴加热至240-260 ℃熔融沉积而成型出各种不同立体模型；又由于在TPE、TPU二种热塑性弹性体原料的基础上加入了PLA、PHA两种原料，故使得该软性弹性橡胶耗材打印出的立体模型有极低的收缩性、良好的尺寸稳定性、良好的粘性，模型粘结于打印机的底板或热床而不易起翘。该软性弹性橡胶耗材能使用在众多领域，大大提升了3D打印的适用范围，比如可以打印出衣服、鞋子、成人用品、电子产品、汽车配件、母婴用品、服饰配饰、按摩器材、运动用品、卫浴用品、包装容器、医疗器材、薄膜外壳、手柄包胶、餐具、儿童玩具等等。

具体实施方式

实施例一

采用80%的TPE（Thermoplastic Elastomer热塑性弹性体，又称为热塑性橡胶）、5%的TPU（Thermoplastic polyurethanes 热塑性聚氨酯弹性体橡胶）、10%的PLA（polylactide 聚乳酸）、3%的PHA（polyhydroxyalkanoates 聚羟基脂肪酸酯）以及2%的环状酸酐型相容剂，通过以下配方制作出来的软性弹性3D打印橡胶线材产品具有较高的柔软性，同时也保证具有一定的硬度和粘性，能够用于对柔软性要求较高的立体模型上。具体制备步骤如下：

①、将80%的TPE、5%的TPU、10%的PLA和3%的PHA调配形成混合原料；

②、将调配好的混合原料放入干燥机内以90℃-100℃的温度干燥2小时以上，使混合原料含水量降至0.2%-0.5%；

③、在干燥后的混合原料中再加入2%的环状酸酐型相容剂后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度190℃-210℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速30-60RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.1-0.2mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以80℃-100℃干燥2-3小时；

⑦、将复合颗粒加入塑胶挤出机，经过温度190℃-220℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速30-60 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的塑胶线条；

⑨、塑胶线条进入6米长的10℃-15℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。

实施例二

采用10%的TPE、5%的TPU、80%的PLA、3%的PHA以及2%的环状酸酐型相容剂，通过以下配方制作出来的软性弹性3D打印橡胶线材产品具有较高的硬度和粘性，同时也保证具有一定的柔软性，能够用于对硬度性要求较高但又要求有弹性的立体模型上。具体制备步骤如下：

①、将10%的TPE、5%的TPU、80%的PLA和3%的PHA调配形成混合原料；

②、将调配好的混合原料放入干燥机内以90℃-100℃的温度干燥2小时以上，使混合原料含水量降至0.2%-0.5%；

③、在干燥后的混合原料中再加入2%的环状酸酐型相容剂后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度190℃-210℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速30-60RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.1-0.2mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以80℃-100℃干燥2-3小时；

⑦、将复合颗粒加入塑胶挤出机，经过温度190℃-220℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速30-60 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的塑胶线条；

⑨、塑胶线条进入6米长的10℃-15℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。

除了上述列举的两个实施例外，其他的在TPE为10%—90%、TPU为3%-10%、PLA为10%-90%、PHA为2%-10%的范围值内的任何组合配比所制备出来的软性弹性3D打印橡胶线材产品，都具备有极低的收缩性、良好的尺寸稳定性和良好的粘性，而且适用于国内外的FDM型3D打印机，不需要改装打印机的任何软硬件，通过加热打印喷嘴加热至240-260 ℃熔融沉积即可成型出各种不同立体模型。通过上述组分配比及其制备方法生产出来的线材，直径非常的小，有1.75mm和3.0mm两种常用规格。

尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种软性弹性3D打印橡胶耗材，其特征在于其组分及质量百分含量为：

TPE 10%—90%；

TPU 3%-10%；

PLA 10%-90%；

PHA 2%-10%；

相容剂1%-2%。

2.根据权利要求1所述的软性弹性3D打印橡胶耗材，其特征在于上述组分的质量百分含量为：

TPE 70%-90%；

TPU 3%-5%；

PLA 5%-10%；

PHA 2%-3%；

相容剂 1%-2%。

3.根据权利要求1所述的软性弹性3D打印橡胶耗材，其特征在于上述组分的质量百分含量为：

TPE 10%-20%；

TPU 3%-5%；

PLA 70%-90%；

PHA 2%-3%；

相容剂1%-2%。

4.根据权利要求1所述的软性弹性3D打印橡胶耗材，其特征在于上述组分的质量百分含量为：

TPE 80%；

TPU 5%；

PLA 10%；

PHA 3%；

相容剂2%。

5.根据权利要求1所述的软性弹性3D打印橡胶耗材，其特征在于上述组分的质量百分含量为：

TPE 10%；

TPU 5%；

PLA 80%；

PHA 3%；

相容剂2%。

6.根据权利要求1至5的任一权利要求所述的软性弹性3D打印橡胶耗材，其特征在于上述TPE、TPU二种热塑性弹性体均可由TPV、PU、EVA等其它弹性塑胶代替。

7.根据权利要求1至5的任一权利要求所述的木质3D打印耗材，其特征在于上述相容剂为环状酸酐型的相容剂。

8.根据权利要求1至5的任一权利要求所述的软性弹性3D打印橡胶耗材的制备方法，其特征在于其制备步骤如下：

①、将TPE、TPU、PLA、PHA按比例调配；

②、将调配好的原料放入干燥机内以90℃-100℃的温度干燥2小时以上，使原料含水量降至0.2%-0.5%；

③、将干燥后的原料混合相容剂后放入塑胶搅拌机，充分搅拌混合30分钟；

④、将混合好的原料一起加入双螺杆造粒机，经过温度190℃-210℃的高温加热，将原料在螺杆炮筒中高温塑化溶解后以螺杆转速30-60RPM挤出原料；

⑤、从螺杆挤出的原料进入造粒模具后，被分化成细条状，并被自动刀片快速切割成粒径约为0.1-0.2mm的复合颗粒；

⑥、将复合颗粒放入塑胶干燥机内以80℃-100℃干燥2-3小时；

⑦、将复合颗粒加入塑胶挤出机，经过温度190℃-220℃的高温加热，将复合颗粒在螺杆炮筒中高温塑化溶解，螺杆转速30-60 RPM挤出原料；

⑧、从螺杆挤出的原料经过蜂窝状的挤出模具后，再进入内锥形的不锈钢挤出模具而挤出成型的塑胶线条；

⑨、塑胶线条进入6米长的10℃-15℃的存有冰水的水槽，充分冷却成型线材；

⑩、线条进入牵引机卷起，通过牵引拉力固定线材的大小直径；

⑪、牵引机出来后定形的线材，进入双轮储线架，缓冲及储藏牵引出线材；

⑫、储线架出来的线材进入卷线机，在线盘中自动收卷成成品。