【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及3d打印耗材，尤其涉及一种低热导率聚氨酯基3d打印耗材及其制备方法和应用。
技术介绍
1、3d打印技术，也称增材制造(additive manufacturing)，作为一种新兴的生产制造技术已经广泛应用于实际生产生活的各个方面，在科学研究与工程实际中占据着越来越重要的位置。3d打印技术涉及人工智能数字化和新型材料合成与应用的交叉领域，相比较于传统的生产制造技术，3d打印具有快速成型，可定制化生产，可设计制造精密复杂结构等独特优势。随着技术的进步，3d打印不断开拓在新领域应用的可能性，3d打印的影响不断扩大，使其成为未来制造业、航空航天、建筑等领域的关键参与者。
2、打印耗材的合成与应用是fdm型3d打印技术的核心技术之一，也是限制其在生产制造领域进一步更大规模更深层次应用的关键问题。pla和abs是目前使用最为广泛的3d打印材料。然而，pla耗材的熔点温度较低，脆性过大，在制造过程中容易吸收空气中水分，并且耐用性较差；abs耗材打印成型精度差，打印成品冷却后容易翘曲，打印加热时会产生刺鼻气味，这些问题都限制了它们的推广和应用。现在制造业生产对材料性能要求越来越高，单一聚合物材料往往很难满足性能要求，因此这就急需具有更好性能的复合材料作为fdm型3d打印耗材，使得3d打印制品性能满足更多实际应用的需求。
技术实现思路
1、基于此，针对目前现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种低热导率聚氨酯基3d打印耗材及其制备方法和应用，制得的低热导率聚氨酯基3d
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
3、本专利技术提供的一种低热导率聚氨酯基3d打印耗材，其由以下重量份的组分制备而成：聚合物基体55～90份，中空介孔二氧化硅微球10～45份。
4、本专利技术采用加工性能好、综合性能优异的热塑性聚氨酯颗粒作为聚合物基体，将热塑性聚氨酯颗粒与低密度且隔热性能良好的中控介孔二氧化硅微球复合，制备出一种低热导率聚氨酯基3d打印耗材：一方面中空介孔二氧化硅微球作为一种新型无机材料，应用广泛，中空介孔二氧化硅微球最明显的特点是中空结构，具有优异的隔热性能和轻质密度，随着中控介孔二氧化硅微球含量增加，使得3d打印耗材表现出的隔热性能越好；另一方面热塑性聚氨酯颗粒具有良好的力学和机械性能并且耐磨和耐油污，结合tpu聚合物基体优异的力学和机械性能，随着中空介孔二氧化硅微球含量的增加，使得3d打印耗材仍能保持良好的加工性以及打印流畅度。
5、作为本专利技术上述方案的进一步改进，所述中空介孔二氧化硅微球的平均粒径为10-1000nm。
6、作为本专利技术上述方案的进一步改进，所述聚合物基体为tpu颗粒，硬度为85-98a。
7、本专利技术提供的一种如前所述的低热导率聚氨酯基3d打印耗材的制备方法，其包括以下步骤：
8、s1.按比例称取干燥后的聚合物基体和中空介孔二氧化硅微球，充分混合得共混料，将所述共混料冷却后剪切成母粒；
9、s2.将所述母粒投入挤出机中经熔融挤出，冷却再造粒，即得低热导率聚氨酯基3d打印耗材。
10、作为本专利技术上述方案的进一步改进，步骤s1中，所述聚合物基体、中空介孔二氧化硅微球的干燥方法为：将聚合物基体、中空介孔二氧化硅微球分别放入真空干燥箱中，在80～100℃的温度下干燥4～6h。
11、作为本专利技术上述方案的进一步改进，步骤s1中，所述充分混合的方法为：将干燥后的聚合物基体和中空介孔二氧化硅微球加入双锥型混合机中在真空环境下熔融混合。
12、作为本专利技术上述方案的进一步改进，所述熔融混合的温度为180～185℃，所述熔融混合的时间为6～10min。
13、作为本专利技术上述方案的进一步改进，步骤s2中，所述挤出机为单螺杆挤出机，所述单螺杆挤出机的挤出温度设置为：一区温度25～35℃，二区温度175～185℃，三区温度165～175℃，四区温度135～145℃；所述单螺杆挤出机挤出模口内直径为2.0mm，螺杆转速为30rpm/min。
14、作为本专利技术上述方案的进一步改进，步骤s2中，所述冷却是冷却至20～30℃。
15、本专利技术提供的一种如前所述的低热导率聚氨酯基3d打印耗材在fdm型3d打印中的应用。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
17、1.本专利技术采用加工性能好、综合性能优异的热塑性聚氨酯颗粒作为聚合物基体，将热塑性聚氨酯颗粒与低密度且隔热性能良好的中控介孔二氧化硅微球复合，制备出一种低热导率聚氨酯基3d打印耗材：一方面中空介孔二氧化硅微球作为一种新型无机材料，应用广泛，中空介孔二氧化硅微球最明显的特点是中空结构，具有优异的隔热性能和轻质密度，随着中控介孔二氧化硅微球含量增加，使得3d打印耗材表现出的隔热性能越好；另一方面热塑性聚氨酯颗粒具有良好的力学和机械性能并且耐磨和耐油污，结合tpu聚合物基体优异的力学和机械性能，随着中空介孔二氧化硅微球含量的增加，使得3d打印耗材仍能保持良好的加工性以及打印流畅度。
18、2.本专利技术制得的低热导率聚氨酯基3d打印耗材具有优秀的隔热性能、较低密度和良好的力学性能，同时熔融后粘度较低，熔体流动性好不易造成打印机喷嘴堵塞，并且本专利技术制备方法操作简单、原料易得，便于推广，因此在基于热管理应用的增材制造领域具有广泛应用前景。
19、3.本专利技术利用双锥真空混合与熔融共混，保证了中空二氧化硅微球在聚合物基体内良好均匀分散，有效提高了耗材的隔热效果，同时不易堵塞打印喷头，该制备方法操作控制简单，适用于大规模工业生产，具有广阔的应用前景。
20、4.本专利技术的低热导率聚氨酯基3d打印耗材在应用于fdm型3d打印时，可以显著降低热流在打印物件中的传导，有助于设计与制造隔热器件或隔热零件。
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1.一种低热导率聚氨酯基3D打印耗材，其特征在于，其由以下重量份的组分制备而成：聚合物基体55～90份，中空介孔二氧化硅微球10～45份。
2.根据权利要求1所述的低热导率聚氨酯基3D打印耗材，其特征在于，所述中空介孔二氧化硅微球的平均粒径为10-1000nm。
3.根据权利要求1所述的低热导率聚氨酯基3D打印耗材，其特征在于，所述聚合物基体为TPU颗粒，硬度为85-98A。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的低热导率聚氨酯基3D打印耗材的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的低热导率聚氨酯基3D打印耗材的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述聚合物基体、中空介孔二氧化硅微球的干燥方法为：将聚合物基体、中空介孔二氧化硅微球分别放入真空干燥箱中，在80～100℃的温度下干燥4～6h。
6.根据权利要求4所述的低热导率聚氨酯基3D打印耗材的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述充分混合的方法为：将干燥后的聚合物基体和中空介孔二氧化硅微球加入双锥型混合机中在真空环境下熔融混合。
7.根
8.根据权利要求4所述的低热导率聚氨酯基3D打印耗材的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述挤出机为单螺杆挤出机，所述单螺杆挤出机的挤出温度设置为：一区温度25～35℃，二区温度175～185℃，三区温度165～175℃，四区温度135～145℃；所述单螺杆挤出机挤出模口内直径为2.0mm，螺杆转速为30rpm/min。
9.根据权利要求4所述的低热导率聚氨酯基3D打印耗材的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述冷却是冷却至20～30℃。
10.一种如权利要求1-3中任一项所述的低热导率聚氨酯基3D打印耗材在FDM型3D打印中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种低热导率聚氨酯基3d打印耗材，其特征在于，其由以下重量份的组分制备而成：聚合物基体55～90份，中空介孔二氧化硅微球10～45份。
2.根据权利要求1所述的低热导率聚氨酯基3d打印耗材，其特征在于，所述中空介孔二氧化硅微球的平均粒径为10-1000nm。
3.根据权利要求1所述的低热导率聚氨酯基3d打印耗材，其特征在于，所述聚合物基体为tpu颗粒，硬度为85-98a。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的低热导率聚氨酯基3d打印耗材的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的低热导率聚氨酯基3d打印耗材的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述聚合物基体、中空介孔二氧化硅微球的干燥方法为：将聚合物基体、中空介孔二氧化硅微球分别放入真空干燥箱中，在80～100℃的温度下干燥4～6h。
6.根据权利要求4所述的低热导率聚氨酯基3d打印耗材的制备方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：席敏，王振洋，张淑东，李年，刘翠，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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