一種超高分子量聚乙烯3D打印耗材的制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種新型抗沖擊性能優(yōu)良的3d打印耗材制備方法，具體的說，是一種超高分子量聚乙烯(uhmwpe)3d打印耗材的制備方法。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)材料加工方法不同，增材制造主要基于三維cad模型數(shù)據(jù)，通過增加材料、逐層制造的方式，直接制造出與相應(yīng)數(shù)學(xué)模型完全一致的三維物理實體，俗稱“三維打印”或“3d打印”。3d打印耗材是3d打印工藝中至關(guān)重要的一環(huán)，其性能決定著打印出的三維物理實體的效果及性能。本發(fā)明利用超高分子量聚乙烯(uhmwpe)卓越的抗摩擦磨損性能和優(yōu)良的抗沖擊性能，提出一種用于3d打印的超高分子量聚乙烯3d打印耗材的制備方法，該復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗沖擊性、耐摩擦性，可用于對非標(biāo)滑塊、導(dǎo)軌等抗沖擊性及耐摩擦性要求高的零件，大大降低了生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種新型抗沖擊性能優(yōu)良的3d打印耗材制備方法，具體步驟如下：

(1)將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為36～52％的uhmwpe、28～50％的pla、8～13％的pp、1～3％的lcp、1～2.5％的偶聯(lián)劑、1～2.7％的潤滑劑加入到混料機(jī)中，充分混合15～75分鐘至分散均勻，得到混料；

(2)將分散均勻的混料加入到平行同向雙螺桿造粒機(jī)中混煉、擠出造粒；將流動性良好的粒料放入到烘干機(jī)中以60～95℃的溫度烘干60～180分鐘，使其含水量降至4％以下；

(3)將烘干后的粒料加入到長徑比為14～44的錐形異向雙螺桿擠出機(jī)中擠出耗材；將擠出絲材經(jīng)牽引通過水槽冷卻后進(jìn)入卷線機(jī)收卷成成品。

作為優(yōu)選，步驟(1)中所采用的uhmwpe是平均分子量高于180萬的超高分子量聚乙烯，pla是平均分子量低于10w的聚乳酸，pp是平均分子量低于760的聚丙烯，lcp為甲殼型液晶聚合物。所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑kh-550，kh-560和鈦酸酯偶聯(lián)劑ndz-201中的一種或多種；所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、天然石蠟、液體石蠟、微晶石蠟中的一種或多種。

作為優(yōu)選，步驟(1)中所述的混料工藝，是指將原料按比例加入到雙錐式混料機(jī)或z形葉輪混料機(jī)中，充分混合15～75分鐘至分散均勻，得到混料。

作為優(yōu)選，步驟(2)中所述的混煉造粒工藝，是指將步驟(1)中的混料加入到平行同向雙螺桿造粒機(jī)中混煉、擠出造粒，擠出機(jī)?？跍囟确秶鸀?70℃～200℃；將所造粒料放入到烘干機(jī)中以60～95℃的溫度烘干60～180分鐘，使其含水量降至4％以下，得到流動性良好的粒料。

作為優(yōu)選，步驟(3)中所述的擠出工藝，是指將烘干后的粒料加入到長徑比為14-44的錐形異向雙螺桿擠出機(jī)中擠出耗材；其中錐形異向雙螺桿擠出機(jī)從加料處到擠出口各區(qū)的加熱溫度分別為：一區(qū)170℃～190℃、二區(qū)185℃～200℃、三區(qū)180℃～200℃、四區(qū)165℃～175℃。

作為優(yōu)選，步驟(3)中所述的冷卻、收卷工藝，是指將錐形異向雙螺桿擠出機(jī)擠出的耗材經(jīng)牽引，通過水槽冷卻后進(jìn)入卷線機(jī)收卷成成品。

與普通pla耗材相比，本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明所提出的復(fù)合材料以uhmwpe為主體，利用了其優(yōu)異的抗沖擊性和耐摩擦性能為3d打印產(chǎn)品增添了新的應(yīng)用領(lǐng)域，為生產(chǎn)非標(biāo)滑塊、導(dǎo)軌等抗沖擊性及耐摩擦性要求高的零件，大大降低了生產(chǎn)成本。

2、本發(fā)明的組分中加入pla降低了uhmwpe自身的粘度，增加了其熔體流動率，使得制品擠出過程以及3d打印過程順暢進(jìn)行；組分中加入pp為成核劑與uhmwpe共混不僅改善其流動性，還改善了其抗沖擊性；組分中加入lcp，采用原位復(fù)合技術(shù)改善了uhmwpe加工的流動性。

3、本發(fā)明采用錐形異向雙螺桿擠出機(jī)，避免了擠出過程中uhmwpe熔體被異向運轉(zhuǎn)的螺桿分割成小的熔體塊導(dǎo)致擠出速度變慢的問題，大大提高了擠出效率。

附圖說明

圖1為新型超高分子量聚乙烯3d打印耗材的斷面sem圖；

圖2為新型超高分子量聚乙烯3d打印耗材實施例與普通純pla耗材對比例的抗拉強(qiáng)度對比圖；

圖3為新型超高分子量聚乙烯3d打印耗材實施例與普通純pla耗材對比例的缺口沖擊強(qiáng)度對比圖。

具體實施方式

以下通過實施例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行描述。

本發(fā)明提供一種用于3d打印的超高分子量聚乙烯(uhmwpe)基耗材的制備方法,具體包括如下步驟：

(1)將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為36～52％的uhmwpe、28～50％的pla、8～13％的pp、1～3％的lcp、1～2.5％的偶聯(lián)劑、1～2.7％的潤滑劑加入到混料機(jī)中，充分混合15～75分鐘至分散均勻，得到混料；

其中，uhmwpe是平均分子量高于180萬的超高分子量聚乙烯，pla是平均分子量低于10w的聚乳酸，pp是平均分子量低于760的聚丙烯，lcp為甲殼型液晶聚合物。所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑kh-550，kh-560和鈦酸酯偶聯(lián)劑ndz-201中的一種或多種；所述的潤滑劑為聚乙烯蠟、天然石蠟、液體石蠟、微晶石蠟中的一種或多種?；炝瞎に囀侵笇⒃习幢壤尤氲诫p錐式混料機(jī)或z形葉輪混料機(jī)中，充分混合15～75分鐘至分散均勻，得到混料。

(2)將上述分散均勻的混料加入到平行同向雙螺桿造粒機(jī)中混煉、擠出造粒；將流動性良好的粒料放入到烘干機(jī)中以60～95℃的溫度烘干60～180分鐘，使其含水量降至4％以下；

其中混煉、造粒工藝是指將步驟(1)中的混料加入到平行同向雙螺桿造粒機(jī)中混煉、擠出造粒，擠出機(jī)?？跍囟确秶鸀?70℃～200℃；將所造粒料放入到烘干機(jī)中以60～95℃的溫度烘干60～180分鐘，使其含水量降至4％以下，得到流動性良好的粒料。

(3)將烘干后的粒料加入到長徑比為14～44的錐形異向雙螺桿擠出機(jī)中擠出耗材；將擠出絲材經(jīng)牽引通過水槽冷卻后進(jìn)入卷線機(jī)收卷成成品。

其中，擠出工藝是指將烘干后的粒料加入到長徑比為14～44的錐形異向雙螺桿擠出機(jī)中擠出耗材；其中錐形異向雙螺桿擠出機(jī)從加料處到擠出口各區(qū)的加熱溫度分別為：一區(qū)170℃～190℃、二區(qū)185℃～200℃、三區(qū)180℃～200℃、四區(qū)165℃～175℃。

冷卻、收卷工藝是指將錐形異向雙螺桿擠出機(jī)擠出的耗材經(jīng)牽引，通過水槽冷卻后進(jìn)入卷線機(jī)收卷成成品。

下面通過實施例1～6對本發(fā)明的工藝和效果進(jìn)行具體說明。工藝步驟如前所述，各實施例中的具體數(shù)據(jù)見下表：

注：表格中無數(shù)值處表示沒有該組分。

實施例1～6均能夠制備本發(fā)明的超高分子量聚乙烯3d打印耗材。下面以實施例3為例，對材料的使用性能進(jìn)行闡述。

未經(jīng)改性的pla絲材在打印過程中，噴頭處會因熔體強(qiáng)度下降產(chǎn)生漏料現(xiàn)象，粘在成型件上形成毛邊，影響打印制件的表面質(zhì)量。本發(fā)明在組分中加入pla降低了uhmwpe自身的粘度，增加了其熔體流動率，使得制品擠出過程以及3d打印過程順暢進(jìn)行；組分中加入pp為成核劑與uhmwpe共混不僅改善其流動性，還改善了其抗沖擊性；組分中加入lcp，采用原位復(fù)合技術(shù)改善了uhmwpe加工的流動性，使得打印制件的質(zhì)量較好。

本發(fā)明采用錐形異向雙螺桿擠出機(jī)擠出絲材，避免了擠出過程中uhmwpe熔體被異向運轉(zhuǎn)的螺桿分割成小的熔體塊導(dǎo)致擠出速度變慢的問題，大大提高了擠出效率。所制備絲材斷面的sem圖如圖1所示。

本發(fā)明所提出的復(fù)合材料以uhmwpe為主體，利用了其優(yōu)異的抗沖擊性和耐摩擦性能制備了力學(xué)性能優(yōu)良的3d絲材。利用電子萬能試驗機(jī)、懸臂梁沖擊試驗機(jī)對本發(fā)明提供的超高分子量聚乙烯3d打印耗材進(jìn)行力學(xué)性能測試，上述實施例與普通pla耗材對比例的拉伸強(qiáng)度值如圖2所示，缺口沖擊強(qiáng)度如圖3所示?？梢钥闯觯景l(fā)明相比于普通pla耗材，在拉伸強(qiáng)度上提高了3.2％～9.7％，在缺口沖擊強(qiáng)度上提高了70.3％～163.9％，力學(xué)性能優(yōu)良，可用于3d打印制備非標(biāo)滑塊、導(dǎo)軌等抗沖擊性及耐摩擦性要求高的零件。

最后說明的是,以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍,其均涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。