CN106189132A - 一种3d打印机用改性pla材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种3D打印机用改性PLA材料，由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯14～18份、过硼酸钠16～20份、阿拉伯半乳聚糖12～16份、核桃油10～14份、钛酸四丁酯16～20份、棕榈酸锌皂12～16份、甲基丙烯酸羟乙酯10～14份、重质碳酸钙16～20份、磺胺嘧啶银12～16份、四针状氧化锌晶须10～14份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯16～20份、季戊四醇12～16份、邻苯二甲酸二异壬酯12～16份、纳他霉素10～14份、甲苯二异氰酸酯16～20份、对硝基苯酚钠12～16份、对羟基苯甲酸丁酯10～14份、聚乙二醇硬脂酸酯16～20份、异辛酸锌12～16份、壳聚糖10～14份、PLA16～20份。本发明所制备的材料具有较高的拉伸强度和拉伸模量，使用性能好。

Description

一种3D打印机用改性PLA材料
技术领域
本发明涉及一种3D打印机用改性PLA材料，属于3D打印技术领域。
背景技术
近年来，3D打印因其独特的成型加工优势而受到越来越广泛的关注。3D打印，又称增材制造技术，一般是指利用数字化的模型文件，通过程序控制打印喷头，以逐层累积的方式直接成型出三维实体的技术。与传统的成型方法相比，3D打印不需要复杂的模具和操作工艺，加工过程由电脑程序控制，简便安全，大大缩短了成型加工周期，快速成型结构复杂的零件，可实现个性化定制。随着研究的深入，3D打印逐渐在医学、航空、建筑、汽车等领域有着越来越广阔的应用。材料丝条熔融挤出技术，又称熔融沉积成型技术，是3D打印技术中应用最广泛的技术之一，其原理是将一定规格的线材通过加热室加热到其熔点以上，使材料处于一定的流动状态后通过一个喷嘴挤出到平台上，层层沉积成三维实体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印机用改性PLA材料，以便更好地实现3D打印机用改性PLA材料的功能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种3D打印机用改性PLA材料，由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯14～18份、过硼酸钠16～20份、阿拉伯半乳聚糖12～16份、核桃油10～14份、钛酸四丁酯16～20份、棕榈酸锌皂12～16份、甲基丙烯酸羟乙酯10～14份、重质碳酸钙16～20份、磺胺嘧啶银12～16份、四针状氧化锌晶须10～14份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯16～20份、季戊四醇12～16份、邻苯二甲酸二异壬酯12～16份、纳他霉素10～14份、甲苯二异氰酸酯16～20份、对硝基苯酚钠12～16份、对羟基苯甲酸丁酯10～14份、聚乙二醇硬脂酸酯16～20份、异辛酸锌12～16份、壳聚糖10～14份、PLA16～20份。
进一步地，上述3D打印机用改性PLA材料，由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯14份、过硼酸钠16份、阿拉伯半乳聚糖12份、核桃油10份、钛酸四丁酯16份、棕榈酸锌皂12份、甲基丙烯酸羟乙酯10份、重质碳酸钙16份、磺胺嘧啶银12份、四针状氧化锌晶须10份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯16份、季戊四醇12份、邻苯二甲酸二异壬酯12份、纳他霉素10份、甲苯二异氰酸酯16份、对硝基苯酚钠12份、对羟基苯甲酸丁酯10份、聚乙二醇硬脂酸酯16份、异辛酸锌12份、壳聚糖10份、PLA16份。
进一步地，上述3D打印机用改性PLA材料，由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯16份、过硼酸钠18份、阿拉伯半乳聚糖14份、核桃油12份、钛酸四丁酯18份、棕榈酸锌皂14份、甲基丙烯酸羟乙酯12份、重质碳酸钙18份、磺胺嘧啶银14份、四针状氧化锌晶须12份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯18份、季戊四醇14份、邻苯二甲酸二异壬酯14份、纳他霉素12份、甲苯二异氰酸酯18份、对硝基苯酚钠14份、对羟基苯甲酸丁酯12份、聚乙二醇硬脂酸酯18份、异辛酸锌14份、壳聚糖12份、PLA18份。
进一步地，上述3D打印机用改性PLA材料，由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯18份、过硼酸钠20份、阿拉伯半乳聚糖16份、核桃油14份、钛酸四丁酯20份、棕榈酸锌皂16份、甲基丙烯酸羟乙酯14份、重质碳酸钙20份、磺胺嘧啶银16份、四针状氧化锌晶须14份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯20份、季戊四醇16份、邻苯二甲酸二异壬酯16份、纳他霉素14份、甲苯二异氰酸酯20份、对硝基苯酚钠16份、对羟基苯甲酸丁酯14份、聚乙二醇硬脂酸酯20份、异辛酸锌16份、壳聚糖14份、PLA20份。
进一步地，所述过硼酸钠由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3～7:4～8:1。
进一步地，所述重质碳酸钙由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3～8:2～8:1。
进一步地，所述核桃油的粘度在25℃为12000～14000mpa.s。
进一步地，所述异辛酸锌由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为20～50目、50～70目、70～90目，上述三种粉体的混合质量比例为2～4:3～5:1。
进一步地，所述聚乙二醇硬脂酸酯的粘度在25℃为8000～10000mpa.s。
进一步地，上述3D打印机用改性PLA材料制备方法步骤如下：
(1)将所述质量份数的硬脂酸聚乙二醇酯、过硼酸钠、阿拉伯半乳聚糖、核桃油、钛酸四丁酯、棕榈酸锌皂、甲基丙烯酸羟乙酯、重质碳酸钙、磺胺嘧啶银、四针状氧化锌晶须、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、对羟基苯甲酸丁酯、聚乙二醇硬脂酸酯、异辛酸锌、壳聚糖、PLA予以混合，超声高速分散，超声波频率为20～40KHz，分散速度5000～5400r/min左右，分散时间为30～60min；
(2)加入所述质量份数的季戊四醇、邻苯二甲酸二异壬酯、纳他霉素，超声高速分散，超声波频率为20～35KHz，分散速度4800～5200r/min左右，分散时间为30～50min；
(3)加入所述质量份数的甲苯二异氰酸酯、对硝基苯酚钠，超声高速分散，超声波频率为20～30KHz，分散速度4600～4800r/min左右，分散时间为20～40min；混合均匀后制得本品。
该发明的有益效果在于：本发明所制备的材料具有较高的拉伸强度和拉伸模量，而且保留了良好的韧性，其断裂伸长率和冲击强度等性能指标良好；不仅具有相当高的韧性，还具有较高的耐热性，使用性能好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例1
本实施例中的3D打印机用改性PLA材料，由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯14份、过硼酸钠16份、阿拉伯半乳聚糖12份、核桃油10份、钛酸四丁酯16份、棕榈酸锌皂12份、甲基丙烯酸羟乙酯10份、重质碳酸钙16份、磺胺嘧啶银12份、四针状氧化锌晶须10份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯16份、季戊四醇12份、邻苯二甲酸二异壬酯12份、纳他霉素10份、甲苯二异氰酸酯16份、对硝基苯酚钠12份、对羟基苯甲酸丁酯10份、聚乙二醇硬脂酸酯16份、异辛酸锌12份、壳聚糖10份、PLA16份。
所述过硼酸钠由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3:4:1。
所述重质碳酸钙由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3:2:1。
所述核桃油的粘度在25℃为12000mpa.s。
所述异辛酸锌由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为20～50目、50～70目、70～90目，上述三种粉体的混合质量比例为2:3:1。
所述聚乙二醇硬脂酸酯的粘度在25℃为8000mpa.s。
上述3D打印机用改性PLA材料制备方法步骤如下：
(1)将所述质量份数的硬脂酸聚乙二醇酯、过硼酸钠、阿拉伯半乳聚糖、核桃油、钛酸四丁酯、棕榈酸锌皂、甲基丙烯酸羟乙酯、重质碳酸钙、磺胺嘧啶银、四针状氧化锌晶须、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、对羟基苯甲酸丁酯、聚乙二醇硬脂酸酯、异辛酸锌、壳聚糖、PLA予以混合，超声高速分散，超声波频率为20kHz，分散速度5400r/min左右，分散时间为60min；
(2)加入所述质量份数的季戊四醇、邻苯二甲酸二异壬酯、纳他霉素，超声高速分散，超声波频率为20kHz，分散速度5200r/min左右，分散时间为50min；
(3)加入所述质量份数的甲苯二异氰酸酯、对硝基苯酚钠，超声高速分散，超声波频率为20kHz，分散速度4800r/min左右，分散时间为40min；混合均匀后制得本品。
实施例2
本实施例中的3D打印机用改性PLA材料，由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯16份、过硼酸钠18份、阿拉伯半乳聚糖14份、核桃油12份、钛酸四丁酯18份、棕榈酸锌皂14份、甲基丙烯酸羟乙酯12份、重质碳酸钙18份、磺胺嘧啶银14份、四针状氧化锌晶须12份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯18份、季戊四醇14份、邻苯二甲酸二异壬酯14份、纳他霉素12份、甲苯二异氰酸酯18份、对硝基苯酚钠14份、对羟基苯甲酸丁酯12份、聚乙二醇硬脂酸酯18份、异辛酸锌14份、壳聚糖12份、PLA18份。
所述过硼酸钠由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为5:6:1。
所述重质碳酸钙由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为5:5:1。
所述核桃油的粘度在25℃为13000mpa.s。
所述异辛酸锌由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为20～50目、50～70目、70～90目，上述三种粉体的混合质量比例为3:4:1。
所述聚乙二醇硬脂酸酯的粘度在25℃为9000mpa.s。
上述3D打印机用改性PLA材料制备方法步骤如下：
(1)将所述质量份数的硬脂酸聚乙二醇酯、过硼酸钠、阿拉伯半乳聚糖、核桃油、钛酸四丁酯、棕榈酸锌皂、甲基丙烯酸羟乙酯、重质碳酸钙、磺胺嘧啶银、四针状氧化锌晶须、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、对羟基苯甲酸丁酯、聚乙二醇硬脂酸酯、异辛酸锌、壳聚糖、PLA予以混合，超声高速分散，超声波频率为30kHz，分散速度5200r/min左右，分散时间为45min；
(2)加入所述质量份数的季戊四醇、邻苯二甲酸二异壬酯、纳他霉素，超声高速分散，超声波频率为27kHz，分散速度5000r/min左右，分散时间为40min；
(3)加入所述质量份数的甲苯二异氰酸酯、对硝基苯酚钠，超声高速分散，超声波频率为25kHz，分散速度4700r/min左右，分散时间为30min；混合均匀后制得本品。
实施例3
本实施例中的3D打印机用改性PLA材料，由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯18份、过硼酸钠20份、阿拉伯半乳聚糖16份、核桃油14份、钛酸四丁酯20份、棕榈酸锌皂16份、甲基丙烯酸羟乙酯14份、重质碳酸钙20份、磺胺嘧啶银16份、四针状氧化锌晶须14份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯20份、季戊四醇16份、邻苯二甲酸二异壬酯16份、纳他霉素14份、甲苯二异氰酸酯20份、对硝基苯酚钠16份、对羟基苯甲酸丁酯14份、聚乙二醇硬脂酸酯20份、异辛酸锌16份、壳聚糖14份、PLA20份。
所述过硼酸钠由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为7:8:1。
所述重质碳酸钙由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为8:8:1。
所述核桃油的粘度在25℃为14000mpa.s。
所述异辛酸锌由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为20～50目、50～70目、70～90目，上述三种粉体的混合质量比例为4:5:1。
所述聚乙二醇硬脂酸酯的粘度在25℃为10000mpa.s。
上述3D打印机用改性PLA材料制备方法步骤如下：
(1)将所述质量份数的硬脂酸聚乙二醇酯、过硼酸钠、阿拉伯半乳聚糖、核桃油、钛酸四丁酯、棕榈酸锌皂、甲基丙烯酸羟乙酯、重质碳酸钙、磺胺嘧啶银、四针状氧化锌晶须、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、对羟基苯甲酸丁酯、聚乙二醇硬脂酸酯、异辛酸锌、壳聚糖、PLA予以混合，超声高速分散，超声波频率为40kHz，分散速度5000r/min，分散时间为30min；
(2)加入所述质量份数的季戊四醇、邻苯二甲酸二异壬酯、纳他霉素，超声高速分散，超声波频率为35kHz，分散速度4800r/min，分散时间为30min；
(3)加入所述质量份数的甲苯二异氰酸酯、对硝基苯酚钠，超声高速分散，超声波频率为30kHz，分散速度4600r/min左右，分散时间为20min；混合均匀后制得本品。
对照例
本对照例用于3D打印的聚合物材料，其原料组成为100质量份数的聚丁二酸丁二酯和6质量份数的钛白粉。
其制备步骤如下：
1)将聚丁二酸丁二酯在60℃下干燥15h；
2)将100重量份的聚丁二酸丁二酯，1份的钛白粉预混后，用双螺杆挤出机挤出切粒后，得备用材料；双螺杆挤出机一区、二区、三区和模头的温度分别为140～150℃，165～170℃，180～185℃，180～185℃，主机转速为40rpm。
将上述实施例1、实施例2、实施例3以及对照组材料进行性能测试对比，测试中，拉伸性能按ASTMD638测定，选用II型样条，测试时拉伸速度为50mm/min；冲击强度按ASTMD648测定；熔体粘度在160℃下，应变为1％下使用频率扫描0.01～100Hz测定。
性能测试对比结果如表1所示：
表1性能测试对比结果
性能测试结果 实施例1 实施例2 实施例3 对照组
拉伸强度/MPa 56.5 57.9 54.3 25.6
拉伸模量/MPa 1749.6 1805.6 1865 705.3
断裂伸长率/％ 90 92 88 206
冲击强度/kJ·m-2 18.1 18.9 18.5 8.8
零切粘度/Pa·s 3881 3895 3797 752
由本实施例可见，本发明产品，其拉伸强度、拉伸模量和冲击强度明显提高，3D打印制品翘曲变形显著改善，尺寸精度提高。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯14～18份、过硼酸钠16～20份、阿拉伯半乳聚糖12～16份、核桃油10～14份、钛酸四丁酯16～20份、棕榈酸锌皂12～16份、甲基丙烯酸羟乙酯10～14份、重质碳酸钙16～20份、磺胺嘧啶银12～16份、四针状氧化锌晶须10～14份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯16～20份、季戊四醇12～16份、邻苯二甲酸二异壬酯12～16份、纳他霉素10～14份、甲苯二异氰酸酯16～20份、对硝基苯酚钠12～16份、对羟基苯甲酸丁酯10～14份、聚乙二醇硬脂酸酯16～20份、异辛酸锌12～16份、壳聚糖10～14份、PLA16～20份。
2.根据权利要求1所述的3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：所述3D打印机用改性PLA材料由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯14份、过硼酸钠16份、阿拉伯半乳聚糖12份、核桃油10份、钛酸四丁酯16份、棕榈酸锌皂12份、甲基丙烯酸羟乙酯10份、重质碳酸钙16份、磺胺嘧啶银12份、四针状氧化锌晶须10份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯16份、季戊四醇12份、邻苯二甲酸二异壬酯12份、纳他霉素10份、甲苯二异氰酸酯16份、对硝基苯酚钠12份、对羟基苯甲酸丁酯10份、聚乙二醇硬脂酸酯16份、异辛酸锌12份、壳聚糖10份、PLA16份。
3.根据权利要求1所述的3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：所述3D打印机用改性PLA材料由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯16份、过硼酸钠18份、阿拉伯半乳聚糖14份、核桃油12份、钛酸四丁酯18份、棕榈酸锌皂14份、甲基丙烯酸羟乙酯12份、重质碳酸钙18份、磺胺嘧啶银14份、四针状氧化锌晶须12份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯18份、季戊四醇14份、邻苯二甲酸二异壬酯14份、纳他霉素12份、甲苯二异氰酸酯18份、对硝基苯酚钠14份、对羟基苯甲酸丁酯12份、聚乙二醇硬脂酸酯18份、异辛酸锌14份、壳聚糖12份、PLA18份。
4.根据权利要求1所述的3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：所述3D打印机用改性PLA材料由以下质量份数的组分组成：硬脂酸聚乙二醇酯18份、过硼酸钠20份、阿拉伯半乳聚糖16份、核桃油14份、钛酸四丁酯20份、棕榈酸锌皂16份、甲基丙烯酸羟乙酯14份、重质碳酸钙20份、磺胺嘧啶银16份、四针状氧化锌晶须14份、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯20份、季戊四醇16份、邻苯二甲酸二异壬酯16份、纳他霉素14份、甲苯二异氰酸酯20份、对硝基苯酚钠16份、对羟基苯甲酸丁酯14份、聚乙二醇硬脂酸酯20份、异辛酸锌16份、壳聚糖14份、PLA20份。
5.根据权利要求1所述的3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：所述过硼酸钠由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3～7:4～8:1。
6.根据权利要求1所述的3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：所述重质碳酸钙由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为30～50目、50～80目、80～100目，上述三种粉体的混合质量比例为3～8:2～8:1。
7.根据权利要求1所述的3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：所述核桃油的粘度在25℃为12000～14000mpa.s。
8.根据权利要求1所述的3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：所述异辛酸锌由三种粒径目数的粉体组成，其粒径目数分别为20～50目、50～70目、70～90目，上述三种粉体的混合质量比例为2～4:3～5:1。
9.根据权利要求1所述的3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：所述聚乙二醇硬脂酸酯的粘度在25℃为8000～10000mpa.s。
10.根据权利要求1所述的3D打印机用改性PLA材料，其特征在于：所述3D打印机用改性PLA材料制备方法步骤如下：
(1)将所述质量份数的硬脂酸聚乙二醇酯、过硼酸钠、阿拉伯半乳聚糖、核桃油、钛酸四丁酯、棕榈酸锌皂、甲基丙烯酸羟乙酯、重质碳酸钙、磺胺嘧啶银、四针状氧化锌晶须、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、对羟基苯甲酸丁酯、聚乙二醇硬脂酸酯、异辛酸锌、壳聚糖、PLA予以混合，超声高速分散，超声波频率为20～40KHz，分散速度5000～5400r/min，分散时间为30～60min；
(2)加入所述质量份数的季戊四醇、邻苯二甲酸二异壬酯、纳他霉素，超声高速分散，超声波频率为20～35KHz，分散速度4800～5200r/min，分散时间为30～50min；
(3)加入所述质量份数的甲苯二异氰酸酯、对硝基苯酚钠，超声高速分散，超声波频率为20～30KHz，分散速度4600～4800r/min，分散时间为20～40min；混合均匀后制得本品。
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