CN111484718A - 一种3d打印用低收缩率pc复合材料及其制备方法 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种3D打印用低收缩率PC复合材料及其制备方法，由如下重量份数的组分组成：PC 75‑90份；PCL10‑25份；抗氧剂0.2‑0.5份；润滑剂0.3‑1份。在PC材料中加入PCL材料，PCL中的酯基还会有少量与PC进行酯交换反应，且两者的溶解度参数十分接近，PCL与PC完全互容。柔性的PCL分子链溶于PC分子链间，减弱了PC分子间的内聚力，使得PC 3D打印耗材制品的翘曲现象明显改善。解决了PC 3D打印耗材成型制品收缩率大的问题。

Description

一种3D打印用低收缩率PC复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于3D打印材料技术领域，具体涉及一种应用于熔融沉积造型技术(FDM)的PC复合材料及其制备方法。
背景技术
3D打印技术又称增材制造技术，是快速成型技术的一种，兴起于20世纪80年代，它是一种以数字模型文件为基础，运用金属或塑料等可粘结材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。常见的3D打印技术包括熔融沉积造型技术(FDM)、固化成形技术(SLA)、叠层实体制造技术(LOM)和选择性激光烧结技术(SLS)等。目前常用的3D打印机是采用FDM技术的设备。
目前，市面应用于FDM打印机的材料主要有ABS、PLA等，ABS材料与PLA相比存在着打印时会产生难闻的气味影响环境、ABS打印大型零件模型时会产生翘曲变形、ABS打印温度高且需要在密闭环境中打印等许多缺点。PLA作为打印材料，由于其力学强度不高，热变形温度低，冲击性能差，限制了在工程装备领域的应用。
PC 材料具有优异的综合性能，广泛应用于各行各业。PC 材料应用于 FDM技术，将会拓宽 FDM 技术在工程领域的应用。但是 PC材料作为3D打印材料也存在问题：主要是PC材料中还有大量的苯环结构使其分子链较为刚性，分子链不易内旋转，碳酸酯基团的存在又使其分子具有一定的极性，分子间极性基团的相互作用使 PC 材料的内聚力进一步增大，其玻璃化转变温度较高，熔体粘度大。这就使得PC耗材在打印过程中往往因为打印材料收缩率大，而使得制品与打印底板发生翘曲现象，严重影响了打印制品的成型质量。因此，降低PC材料的收缩率，是决定PC 3D打印耗材打印成型的关键。
发明内容
本发明低收缩率3D打印用PC材料是通过向刚性PC分子链间加入柔性的PCL材料，显著降低PC分子链间的内聚力，提高PC材料的分子链的柔顺性，减少PC分子链在挤出3D打印机喷头分子链卷曲，明显改善PC耗材打印后产生的应力松弛，从而大大降低PC材料的收缩率。该耗材在保证PC耗材精度打印的同时提高PC了材料的熔体流动速率，降低了PC耗材的打印温度。本发明采用的技术方案如下：
其原料组分按重量计，配方如下：配方如下：PC 65-85份；PCL 15-35份；相容剂2-5份；抗氧剂0.2-0.5份；润滑剂0.3-1份。
一种3D打印用低收缩率PC复合材料及其制备方法，其方法包括以下步骤：
（1）将PC 和 PCL 材料分别放置在不同温度设置的干燥箱干燥。PC材料在120℃干燥箱干燥5h，PCL材料在60℃干燥4h。（2）称取70-90份聚PC树脂，30-10份PCL树脂，0.2-0.5份抗氧剂、0.3-1份润滑剂，加入高混机中高速混合2-4 min。(3) 将步骤（2）所得物料加入双螺杆挤出机，在温度220-245℃、转速260-300、主喂料频率15-18、熔体压力在1.5-1.8MPa工艺条件下造粒，将料条从挤出口模经冷水槽冷却后，经切粒机切粒。(4) 将切好的PC复合材料在100℃干燥5小时，在温度235-245℃、转速210-250、主喂料频率10-15、熔体压力在1.0-1.3MPa下，在3D耗材挤出机中挤出撑线，利用多功能性收卷机，完成PC复合线材的收卷。
本发明所述的3D打印用PC复合材料及其制备方法，具有以下优点：
1、本发明所制备的PC/PCL复合3D打印耗材，由于柔性的PCL分子链溶于PC分子链间大大减弱了PC分子间的内聚力，使得PC分子链间的作用力减弱，打印制品内应力减弱，成型制品翘曲现象改善明显。2、本发明所制备的PC/PCLPC复合材料，在保证PC成型精度的同时，其熔体流动速率提高，打印温度显著降低，满足市场上主流FDM3D打印机的打印温度范围。降低PC3D打印耗材的打印门槛。3、本发明所制备的PC/PCL复合3D打印耗材，由于熔体的流动性改善，使得PC复合材料在3D耗材挤出过程中，线材直径控制更加准确，大大降低PC耗材的不合格的风险，降低产品生产成本。
具体实施方式
实施例中所用的原材料，除特殊说明外，实施例中各组分都为重量份。
实施例1
（1）按重量份称取以下各种原料：聚碳酸酯80份、PCL 10份、抗氧剂0.3份、润滑剂0.3份。PC材料在120℃干燥箱干燥5h，PCL材料在60℃干燥4h。（2）将步骤（1）中称取的聚碳酸酯、PCL、抗氧剂、润滑剂加入高速混合机，混合2-4min。（3）将混合后的预混料置于同向旋转混炼双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，双螺杆机筒及机头温度分别为：220℃、235℃、245℃、245℃、245℃、240℃；将粒料加入单螺杆挤出机挤出为3D打印用1.75mm细丝，挤出机筒及机头温度分别为：225℃、235℃、240℃、240℃、240℃、230℃。
本实例中制备的PC复合材料性能与PC材料性能对比如下表：
表1实施例1与 PC材料性能对比
Figure 123806DEST_PATH_IMAGE001
性能对比小结：
本实例对比PC材料发现，本实例中其模塑收缩率降低50%以上，熔体流动速率提高3倍以上，其他力学性能与PC材料略有提高，从检测数据分析，本实施例作为PC 3D打印耗材较普通PC材料优势明显。
实施例2
（1）按重量份称取以下各种原料：聚碳酸酯75份、PCL 25份、抗氧剂0.3份、润滑剂0.5份。PC材料在120℃干燥箱干燥5h，PCL材料在60℃干燥4h。（2）将步骤（1）中称取的聚碳酸酯、PCL、相容剂、抗氧剂、润滑剂加入高速混合机，混合2-4min。（3）将混合后的预混料置于同向旋转混炼双螺杆挤出机中经熔融挤出造粒，双螺杆机筒及机头温度分别为：220℃、230℃、240℃、240℃、245℃、240℃；将粒料加入单螺杆挤出机挤出为3D打印用1.75mm细丝，挤出机筒及机头温度分别为：225℃、235℃、240℃、240℃、240℃、230℃。
本实例中制备的PC复合材料性能与PC材料性能对比如下表：
表1实施例2与 PC材料性能对比
Figure 40947DEST_PATH_IMAGE002
性能对比小结：
本实例对比PC材料发现，本实例中其模塑收缩率明显降低50%，材料的熔体流动速率提高3倍以上，其他力学性能与PC材料略有降低，从检测数据分析，本实施例作为PC 3D打印耗材较普通PC材料优势明显。
以上所述，仅是本发明的部分实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明技术方案范围内，对技术内容进行些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种3D打印用低收缩率PC复合材料及其制备方法，其特征在于制备出一种PC复合用3D打印耗材，显著降低PC分子链间内聚力，使得PC 3D打印耗材在打印过程中不会产生翘曲现象，可成型体积较大PC材料制品，将PC与PCL材料，通过熔融共混的方式制备出PC/PCL材料，再利用FDM 3D打印耗材挤出机制备成3D打印丝材，其原料组分按重量计，配方如下：PC75-90份；PCL 10-25份；抗氧剂0.2-0.5份；润滑剂0.3-1份。
2.如权利要求书1所述的3D打印用PC复合材料，其特征在于所述的PC材料为双酚 A 型的芳香族聚碳酸酯，其分子量在1.1-1.3×104。
3.如权利要求书1所述的3D打印用PC复合材料，其特征在于所述PCL材料的分子量在3.6-5.5万之间。
4.如权利要求书1所述的3D打印用PC复合材料，其特征在于所述的抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯酚)季戊四醇二亚磷酸酯中的两种以1:3的比例的混合。
5.如权利要求书1所述的3D打印用PC复合材料，其特征在于所述润滑剂为脂肪族及其衍生物或金属皂盐中的一种或两种。
6.如权利要求1-5任一项所述3D打印用PC复合材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将PC 和 PCL 原料分别放置在不同温度设置的干燥箱干燥，PC材料在120℃干燥箱干燥5h，PCL材料在60℃干燥4h，（2）称取75-90份聚PC树脂，10-25份PCL树脂，0.2-0.5份抗氧剂、0.3-1份润滑剂，加入高混机中高速混合2-4 min，将步骤（2）所得物料加入双螺杆挤出机，在温度220-245℃、转速260-300、主喂料频率15-18、熔体压力在1.5-1.8MPa工艺条件下造粒，将料条从挤出口模经冷水槽冷却后，经切粒机切粒，(4) 将切好的PC复合材料在100℃干燥5小时，在温度235-245℃、转速210-250、主喂料频率10-15、熔体压力在1.0-1.3MPa下，在3D耗材挤出机中挤出撑线，利用多功能性收卷机，完成PC复合线材的收卷。
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