一種超高分子量聚乙烯3D打印耗材的制備方法與流程

本發明涉及一種新型抗沖擊性能優良的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：

與傳統材料加工方法不同，增材制造主要基于三維cad模型數據，通過增加材料、逐層制造的方式，直接制造出與相應數學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打印工藝中至關重要的一環，其性能決定著打印出的三維物理實體的效果及性能。本發明利用超高分子量聚乙烯(uhmwpe)卓越的抗摩擦磨損性能和優良的抗沖擊性能，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，該復合材料具有優異的抗沖擊性、耐摩擦性，可用于對非標滑塊、導軌等抗沖擊性及耐摩擦性要求高的零件，大大降低了生產成本。

技術實現要素：

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

(1)將質量百分數分別為36～52％的uhmwpe、28～50％的pla、8～13％的pp、1～3％的lcp、1～2.5％的偶聯劑、1～2.7％的潤滑劑加入到混料機中，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中混煉、擠出造粒；將流動性良好的粒料放入到烘干機中以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中擠出耗材；將擠出絲材經牽引通過水槽冷卻后進入卷線機收卷成成品。

作為優選，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。所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑kh-550，kh-560和鈦酸酯偶聯劑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或z形葉輪混料機中，充分混合15～75分鐘至分散均勻，得到混料。

作為優選，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中混煉、擠出造粒，擠出機模口溫度范圍為170℃～200℃；將所造粒料放入到烘干機中以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中擠出耗材；其中錐形異向雙螺桿擠出機從加料處到擠出口各區的加熱溫度分別為：一區170℃～190℃、二區185℃～200℃、三區180℃～200℃、四區165℃～175℃。

作為優選，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擠出的耗材經牽引，通過水槽冷卻后進入卷線機收卷成成品。

與普通pla耗材相比，本發明的有益效果為：

1、本發明所提出的復合材料以uhmwpe為主體，利用了其優異的抗沖擊性和耐摩擦性能為3d打印產品增添了新的應用領域，為生產非標滑塊、導軌等抗沖擊性及耐摩擦性要求高的零件，大大降低了生產成本。

2、本發明的組分中加入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，采用原位復合技術改善了uhmwpe加工的流動性。

3、本發明采用錐形異向雙螺桿擠出機，避免了擠出過程中uhmwpe熔體被異向運轉的螺桿分割成小的熔體塊導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度對比圖。

具體實施方式

以下通過實施例進一步對本發明進行描述。

本發明提供一種用于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)將質量百分數分別為36～52％的uhmwpe、28～50％的pla、8～13％的pp、1～3％的lcp、1～2.5％的偶聯劑、1～2.7％的潤滑劑加入到混料機中，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。所述的偶聯劑為硅烷偶聯劑kh-550，kh-560和鈦酸酯偶聯劑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。混料工藝是指將原料按比例加入到雙錐式混料機或z形葉輪混料機中，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中混煉、擠出造粒；將流動性良好的粒料放入到烘干機中以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中混煉、擠出造粒，擠出機模口溫度范圍為170℃～200℃；將所造粒料放入到烘干機中以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中擠出耗材；將擠出絲材經牽引通過水槽冷卻后進入卷線機收卷成成品。

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中擠出耗材；其中錐形異向雙螺桿擠出機從加料處到擠出口各區的加熱溫度分別為：一區170℃～190℃、二區185℃～200℃、三區180℃～200℃、四區165℃～175℃。

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

下面通過實施例1～6對本發明的工藝和效果進行具體說明。工藝步驟如前所述，各實施例中的具體數據見下表：

注：表格中無數值處表示沒有該組分。

實施例1～6均能夠制備本發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行闡述。

未經改性的pla絲材在打印過程中，噴頭處會因熔體強度下降產生漏料現象，粘在成型件上形成毛邊，影響打印制件的表面質量。本發明在組分中加入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，采用原位復合技術改善了uhmwpe加工的流動性，使得打印制件的質量較好。

本發明采用錐形異向雙螺桿擠出機擠出絲材，避免了擠出過程中uhmwpe熔體被異向運轉的螺桿分割成小的熔體塊導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。

本發明所提出的復合材料以uhmwpe為主體，利用了其優異的抗沖擊性和耐摩擦性能制備了力學性能優良的3d絲材。利用電子萬能試驗機、懸臂梁沖擊試驗機對本發明提供的超高分子量聚乙烯3d打印耗材進行力學性能測試，上述實施例與普通pla耗材對比例的拉伸強度值如圖2所示，缺口沖擊強度如圖3所示。可以看出，本發明相比于普通pla耗材，在拉伸強度上提高了3.2％～9.7％，在缺口沖擊強度上提高了70.3％～163.9％，力學性能優良，可用于3d打印制備非標滑塊、導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明的技術方案而非限制,盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解,可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換,而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍,其均涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。