一种3D打印成型聚烯烃材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印成型聚烯烃材料的方法，以及用此方法成型的聚烯烃材料。其特征在于：该3D打印成型方法是一种将溶解法或溶胀法与3D打印技术相结合的新方法，包括如下步骤：将聚烯烃树脂，助剂与有机溶剂按一定比例加入混料装置，保持一定的压力和温度，混合一段时间后，将得到的膏状混合物转移至进料装置，喷头按照CAD程序喷出上述混合物，待溶剂挥发后，喷嘴再按照设定的程序逐层喷射，重复上述逐层成型，待溶剂完全挥发后，即得所需聚烯烃材料。本发明专利技术公开的方法克服了传统加工方法需要的高温条件(聚烯烃熔点以上)，降低了能耗，节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种3D打印成型聚烯烃材料的方法，以及用此方法成型的聚烯烃材料。其特征在于：该3D打印成型方法是一种将溶解法或溶胀法与3D打印技术相结合的新方法，包括如下步骤：将聚烯烃树脂，助剂与有机溶剂按一定比例加入混料装置，保持一定的压力和温度，混合一段时间后，将得到的膏状混合物转移至进料装置，喷头按照CAD程序喷出上述混合物，待溶剂挥发后，喷嘴再按照设定的程序逐层喷射，重复上述逐层成型，待溶剂完全挥发后，即得所需聚烯烃材料。本专利技术公开的方法克服了传统加工方法需要的高温条件(聚烯烃熔点以上)，降低了能耗，节约了成本。【专利说明】一种3D打印成型聚烯烃材料及其制备方法
本专利技术涉及一种3D打印成型聚烯烃材料的方法，以及用此方法成型的聚烯烃材料。
技术介绍
聚烯烃，是指由乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α_烯烃以及某些环烯烃单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性树脂的总称。其中，聚乙烯、聚丙烯是最常见并且最重要的两种聚烯烃。聚烯烃具有原料丰富，价格低廉，易加工成型，综合性能优良等优点。聚烯烃产品种类繁多，如中空制品，薄膜，电线电缆包覆料，纤维，单(扁)丝，注塑包装容器等，被广泛地应用于交通运输、工农业薄膜、家电、医疗、日用品及家具、包装、建筑材料等领域。聚烯烃产品的成型方法有很多，例如注射成型，挤出成型，吹塑成型，中空吹塑成型，发泡成型，熔融纺丝等。但是这些成型方法都需要将聚烯烃加热到其熔融温度以上，能耗较高。近二十几年来，3D打印技术，作为快速成型领域的一种新兴技术，发展非常迅速，目前已经在航空航天、生物医学、国防军工、工程教育、新产品开发等领域得到应用。3D打印技术又称增材制造技术，与传统的去除材料加工的方法不同，它是通过逐层堆积材料的方式直接制造产品。3D打印技术利用三维CAD模型在一台设备上可快速而精确地制造出复杂结构零件，从而实现“自由制造”，解决传统工艺难加工或无法加工的局限，并大大缩短了加工周期。按照材料堆积方式，3D打印技术可以分为容器内光固化，材料喷射，粘结剂喷射，材料挤压成形，粉末床烧结/熔化，片层压成法，定向能量沉积七种。CN102093646A提出了一种用于三维打印快速成型的材料及其制备方法，快速成型材料包括改性粉末材料A和粘结剂B，其中:改性粉末材料A的制备:将粉末材料与第一溶剂加入到球磨机或研磨机中研磨，得到粉末材料预处理料；将表面活性剂，润滑剂，有机树脂逐次加入到第二溶剂中，搅拌分散2-3h，得到改性液；将粉末材料预处理料与改性液混合，放入研磨机中，常温混合研磨，干燥，研磨粉碎，得到改性粉末材料A ;使用时，I份改性粉末材料A与0.01-0.07份粘结剂B配用。该专利尽管使用了溶剂，但其目的是为了对粉末材料进行改性。该专利中最终使用的仍然是粉末材料。使用粉末进行3D打印成型的方法的缺点在于这需要有特定的辅助设备以及高于熔点的温度，这无疑增加了制造的成本。因此，一种简单，快速，温度较低，成本较低的3D打印技术是急需的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统成型方法必须在聚烯烃熔点以上实现加工，加工温度较高，能耗较高的缺陷，提供一种可以在较低温度下制备聚烯烃材料的方法及用此法制备的聚烯烃材料。本专利技术提供的制备聚烯烃的方法是一种将溶解法或溶胀法与3D打印技术相结合的新方法，包括如下步骤:将聚烯烃树脂、有机溶剂和任选的助剂混合，从而获得膏状混合物，将得到的膏状混合物转移至3D打印机的进料装置中，喷头按照CAD程序喷出上述混合物，待溶剂挥发后，喷嘴再按照设定的程序逐层喷射，重复上述逐层成型，待溶剂完全挥发后，即得所需聚烯烃材料。上述方法中，所述聚烯烃是指由乙烯、丙烯、1-丁烯、异丁烯、1-戊烯、1-己烯、氯乙烯、苯乙烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯以及环丙烯、环丁烯、环戊烯、环己烯、环庚烯、1，3-环己二烯、1，4-环己二烯单独聚合或共聚合而得到的热塑性聚烯烃中的至少一种。所述聚烯烃树脂可为粒料或粉料。所述聚烯烃树脂的重均分子量为I万-50万，优选5万-20万。所述有机溶剂是指聚烯烃的良溶剂或Θ溶剂。具体聚烯烃的良溶剂或Θ溶剂是本领域技术人员所已知的，具体可为环己烷，甲基环己烷，乙基环己烷，正庚烷，乙醚，二戊醚，苯甲醚，乙硫醚，乙酸异戊酯，甲苯，二甲苯，氯代苯，卤代烃，四氢化萘，十化氢萘，四氢呋喃，二甲基甲酰胺，高脂肪族酯类，脂肪族醚类中的至少一种。所述助 剂可为无机填料，颜料，加工助剂中的至少一种。优选地，所述无机填料可为直径或厚度为I纳米至100微米之间的颗粒、纤维或片材，具体可为炭黑、硅，二氧化硅，石墨、云母、Fe3O4、T12^Cu2O, ZnO、CdS、CaCO3、BaCO3、BaSO4或 LiFePO4。所述颜料可为无机颜料铬酸盐、硫酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钥酸盐、磷酸盐、钒酸盐、铁氰酸盐、氢氧化物、硫化物与有机颜料偶氮颜料、酞菁颜料、蒽醌、靛族、喹吖啶酮、二嗪等多环颜料或芳甲烷系颜料。所述加工助剂可为消泡剂、润滑剂、增塑剂、增稠剂、脱气剂，稳定剂，分散剂，防老剂、阻燃剂中至少一种。所述聚烯烃树脂与有机溶剂的配比(按重量份计)没有特别的限制，例如可为1/10-10/1，优选为1/3-3/1，条件是获得膏状物。助剂与聚烯烃树脂的比例可为0/1000-1/1。聚烯烃树脂与有机溶剂和任选助剂的混合可在一定压力下进行，例如1-5个大气压，优选为1-4个大气压，更优选为1-3个大气压。混合温度可为室温至80°C。混合时间可为 1min 至 12h。所得膏状物在25°C下的粘度没有特别的限制，例如为100-10000Pa.s。，优选为500-5000Pa.s，从而使得其适于3D打印。本专利技术还提供如上方法制备的聚烯烃材料。本专利技术还提供如上方法制备的聚烯烃材料在3D打印中的应用。本专利技术的聚烯烃膏状物可直接用于3D打印。在3D打印过程中，使用所述膏状物进行3D打印，其中施加一层膏状物，使其中的溶剂挥发，然后再打印上一层。所述膏状物中的聚烯烃在溶剂挥发的同时聚结在一起，由此在所述层施加之后，形成3D打印物体。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:将溶解或溶胀法与3D打印技术相结合，不需要加热到聚烯烃的熔融温度以上就可以实现成型，降低了能耗，节约了成本。【具体实施方式】以下通过具体实施例说明本专利技术，但实施例仅用于说明，并不限制本专利技术的范围。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例1一用聚丙烯材料3D打印成型的方法1)将65份聚丙烯粉料(熔点约为172°C )和30份环己烷，5份甘油三羟基聚醚投放于配料罐中；2)保持常压，温度为80°C，以1500rpm速度搅拌混合30min后形成膏状混合物；3)将该膏状混合物转移至进料装置，3D打印喷头按照设定的程序开始喷射出2)中的膏状混合物，待溶剂挥发；4)待3)打印出的材料完全干燥后，喷头再根据设定程序逐层打印，待溶剂完全干燥后，即所得聚丙烯材料。在常压，80°C的条件下，环己烷能溶胀聚丙烯粒料，溶胀后的聚丙烯分子链间的距离增加，分子链间的相互作用减弱，链的运动能力大大提高，分子链间通过缠结作用粘结在一起。溶剂挥发完全挥发后，得到的聚丙烯材料。采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印成型聚烯烃材料的方法，其包括如下步骤：将聚烯烃树脂、有机溶剂和任选的助剂一起混合从而获得膏状混合物，将所述膏状混合物转移至3D打印机的进料装置中，喷头按照CAD程序喷出该混合物，待溶剂挥发后，喷嘴再按照设定的程序逐层喷射，重复上述逐层成型，待溶剂完全挥发后，即得所需的聚烯烃材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱唐，郭靖，沈衡，赵宁，徐坚，孙文华，董金勇，李春成，符文鑫，林学春，马永梅，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11