本發(fā)明涉及一種具有珠光效果的3D打印線材及其制備方法。
背景技術(shù):
3D打印又稱增材制造,是一種新型的制造方式,始于上世紀(jì)80年代,經(jīng)過近30年的發(fā)展,技術(shù)較為成熟,被廣泛應(yīng)用于航天、軍工、醫(yī)療等領(lǐng)域,同時也被應(yīng)用于與我們生活息息相關(guān)的文化創(chuàng)意領(lǐng)域。
根據(jù)打印原理不同,打印主流技術(shù)可分為熔融沉積成型技術(shù)(FDM)、疊層成型技術(shù)(LOM)、光固化成型技術(shù)(SLA)、三維印刷成型技術(shù)(3DP)和選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)等。相比其他3D打印技術(shù),F(xiàn)DM技術(shù)不涉及高溫、高壓、激光等危險環(huán)節(jié),同時其體積也較小,是成本相對較低的3D打印技術(shù),能夠大量應(yīng)用于家庭及辦公室環(huán)境。另外,隨著關(guān)鍵技術(shù)專利的到期,F(xiàn)DM的各種應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷拓展,前景值得期待。
目前,市售FDM技術(shù)成型線材種類繁多。從顏色效果劃分,可分為單色、多彩混合、珠光和熒光等效果的線材。其中,帶有珠光效果的線材因其獨特的色澤而受到市場和消費(fèi)者的青睞,具有珠光效果的線材通常做法是在高分子聚合物基體中添加珠光色粉制得。
珠光色粉主要有天然魚鱗珠光色粉、氯氧化鉍結(jié)晶珠光色粉和云母涂覆珠光色粉。目前世界上生產(chǎn)最多和應(yīng)用最為廣泛的珠光色粉,是以天然云母薄片為核心(尺寸從4μm-120μm,厚度約為0.5μm),通過特殊的化學(xué)工藝,在其表面包覆一層或多層鈦或其他金屬氧化物。金屬氧化物涂覆的云母片十分光滑,具有良好的光反射性,且具有透明性,即只有一部分光線被發(fā)射,透射部分的光線穿過云母片到達(dá)另一層,可以繼續(xù)被發(fā)射,結(jié)果形成了許多層面的多次反射。人眼很難在某一層上聚焦,并由此而建立起光反的深度。所以可以看到一種奇妙的有深度的閃亮光澤,我們稱之為“珠光”。
中國專利CN105524399A公開了一種通過添加珠光色粉制備出具有金屬質(zhì)感和珠光效果等特殊功能的3D打印聚合物材料,該專利制備的聚合物材料金屬質(zhì)感和珠光效果雖好,但由于無機(jī)填料和色粉的加入會限制其在聚合物基體中的分散和分布均勻性,從而影響打印效果,并且在一定程度上劣化材料的韌性。中國專利CN105038157A公開了一種通過添加金色珠光顏料制備出具有閃爍金色光澤的3D打印復(fù)合耗材,該專利制備的復(fù)合線材打印出的制品雖具有良好的鍍金光澤和質(zhì)感,但在較高填充金色珠光顏料情況下,涉及到二次加工分散,容易造成材料性能的劣化,并且在打印過程中較易出現(xiàn)堵頭問題,影響打印流暢性。中國專利CN104592726A公開了一種通過添加金屬鋁銀粉制備出具有閃爍銀色光澤3D打印復(fù)合耗材,該專利制備的復(fù)合線材打印出的制品雖具有一定的鍍銀光澤和質(zhì)感,但鋁粉在雙螺桿剪切過程中容易遭到破壞,從而影響色澤穩(wěn)定性,該耗材在打印過程中同樣易出現(xiàn)堵頭問題,并且材料較脆。
通過添加珠光色粉的線材雖具備一定程度的珠光效果,但受到珠光色粉的填充和其在聚合物基體中的分散限制,在一定程度上劣化了材料的性能,同時在打印過程中容易造成堵頭現(xiàn)象,且打印制品的光澤性、穩(wěn)定性和耐光性均較不穩(wěn)定。因此,能否在不添加珠光色粉的基礎(chǔ)上,通過材料自身屬性設(shè)計來達(dá)到此效果成為研究點。
聚乳酸(PLA)作為FDM技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的耗材,其不僅具有良好的生物降解性和生物相容性外,還具備一定的透明性,即能透光。根據(jù)珠光產(chǎn)生原理,選取PLA作為珠核,在螺桿熔融剪切混合作用下,將具有高折射率透光樹脂均勻分散在PLA表面,微觀上形成具有類似珠光色粉結(jié)構(gòu),從而使線材具備珠光效果。目前,該方法尚未見諸報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對上述背景和問題,本發(fā)明的目的在于提供一種具有珠光效果的3D打印線材及其制備方法。本發(fā)明的目的是提供一種在不添加珠光色粉的基礎(chǔ)上,根據(jù)珠光產(chǎn)生原理,利用材料的透光性和折射率差異制備具有珠光效果的3D打印材料。本發(fā)明制得的3D打印線材具有自珠光效果和極佳韌性,打印制品擁有良好的光澤性、耐光性和穩(wěn)定性,且打印過程中不存在堵頭問題。
本發(fā)明的上述效果是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
1、一種具有珠光效果的3D打印線材,其特征在于:其組分按照重量百分比配比為:
PLA 5-90
高折射率透光樹脂 5-90
相容劑 0-10
抗氧劑 0.05-2
白油 0.05-1.5。
所述PLA用量優(yōu)選為30-90重量份、相應(yīng)高折射率透光樹脂用量優(yōu)選為10-70重量份;PLA用量更優(yōu)選35-90重量份、高折射率透光樹脂用量相應(yīng)更優(yōu)選10-65重量份。
PLA用量40重量份、高折射率透光樹脂用量20重量份;或者PLA用量58重量份、高折射率透光樹脂用量35重量份;或者PLA用量85重量份、高折射率透光樹脂用量50重量份;
所述PLA折射率優(yōu)選為1.20-1.50,更優(yōu)選1.30-1.45,例如可以是1.35、1.40或1.43;
所述PLA結(jié)構(gòu)類型為左旋聚乳酸(PLLA)、右旋聚乳酸(PDLA)和消旋聚乳酸(PDLLA)中的一種或多種,優(yōu)選左旋聚乳酸(PLLA);
優(yōu)選地,所述PLA數(shù)均分子量為40000-120000,優(yōu)選60000-100000。
所述的高折射率透光樹脂至少有一種選自苯乙烯類熱塑性彈性體(SBS、SIS、SEPS、SEBS)、烯烴類熱塑性彈性體(TPO、TPV)、二烯類熱塑性彈性體(TPB、TPI)、氯乙烯類熱塑性彈性體(TPVC、TCPE)、聚氨酯(TPU)、聚酯類熱塑性彈性體(TPEE)、酰胺類熱塑性彈性體(TPAE)、有機(jī)氟類熱塑性彈性體(TPF)。
所述的相容劑至少有一種選自聚乳酸接枝馬來酸酐(PLA-g-MAH)、聚乳酸接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯(PLA-g-GMA)、乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐(POE-g-MAH)、乙烯-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯(POE-g-GMA)。
所述的抗氧劑至少有一種選自茶多酚、植酸、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(1010)、三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(168)或雙季戊四醇二亞磷酸酯(626)。
所述的高折射率透光樹脂的折射率至少大于或等于1.50。
本發(fā)明所述的一種具有珠光效果的3D打印線材的制備方法,其特征在于,包括以下步驟 :
A.將PLA、高折射率透光樹脂、相容劑、抗氧劑在干燥箱中干燥12h;
B.按照重量百分比配比,稱取干燥后的PLA、高折射率透光樹脂、相容劑、抗氧劑、白油;
C.將稱取后的各組分置于高速捏合機(jī)中高速混合3-30min,所述高速混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為 300-3000rpm;
D.將上述充分混合均勻的原料投入到螺桿擠出機(jī),經(jīng)過130-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為30-300rpm擠出原料;從螺桿擠出的原料經(jīng)冷卻送入切粒機(jī)中切割成顆粒;
E.將切割后的粒料放入螺桿擠出機(jī)中,經(jīng)過170-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為30-300rpm從不銹鋼口模中擠出線條;
F.線條經(jīng)水溫為15-65℃的冷卻水槽充分冷卻成型,然后經(jīng)牽引機(jī)牽引成固定大小直徑的線材;
G.定型后的線材進(jìn)入雙輪儲線架牽引出線材并于卷線機(jī)收卷成成品。
所述的擠出機(jī)為單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、三螺桿擠出機(jī)中的一種。
上述具有珠光效果的3D打印線材應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域。
本發(fā)明的有益效果,本發(fā)明制得的3D打印線材具有自珠光效果和極佳韌性,打印制品擁有良好的光澤性、耐光性和穩(wěn)定性,且打印過程中不存在堵頭問題。
附圖說明
圖1為一種具有珠光效果的3D打印線材打印制品(右)與普通PLA 3D打印線材打印制品(左)效果對比圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例子對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明,但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下實例。
實施例1
1、一種具有珠光效果的3D打印線材,其特征在于:按照重量百分比配方:
PLLA(折射率1.40,數(shù)均分子量65000) 70
SEBS(折射率1.50) 25
PLA-g-GMA 3
抗氧劑168 1
白油 1。
2、上述具有珠光效果的3D打印線材的制備方法,包括如下步驟:
A.將PLLA、SEBS、PLA-g-GMA、抗氧劑168在干燥箱中干燥12h;
B.按照重量百分比配比,稱取干燥后的PLLA、SEBS、PLA-g-GMA、抗氧劑168、白油;
C.將稱取后的各組分置于高速捏合機(jī)中高速混合10min,所述高速混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1000rpm;
D.將上述充分混合均勻的原料投入到螺桿擠出機(jī),經(jīng)過130-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為200rpm擠出原料;從螺桿擠出的原料經(jīng)冷卻送入切粒機(jī)中切割成顆粒;
E.將切割后的粒料放入螺桿擠出機(jī)中,經(jīng)過170-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為100rpm從不銹鋼口模中擠出線條;
F.線條經(jīng)水溫為15-65℃的冷卻水槽充分冷卻成型,然后經(jīng)牽引機(jī)牽引成固定大小直徑的線材;
G.定型后的線材進(jìn)入雙輪儲線架牽引出線材并于卷線機(jī)收卷成成品。
H.將D步驟中得到的顆粒注塑成型,注塑樣條分別進(jìn)行拉伸性能測試(GB/T1040.2-2006)、彎曲強(qiáng)度(GB/T9341-2008)和沖擊性能測試(GB/T1043.1-2008),測試結(jié)果見表1。
實施例2
1、一種具有珠光效果的3D打印線材,其特征在于:按照重量百分比配方:
PLLA(折射率1.42,數(shù)均分子量85000) 60
TPV(折射率1.53) 30
POE-g-MAH 7
抗氧劑1010 1.5
白油 1.5。
2、上述具有珠光效果的3D打印線材的制備方法,包括如下步驟:
A.將PLLA、TPV、POE-g-MAH、抗氧劑1010在干燥箱中干燥12h;
B.按照重量百分比配比,稱取干燥后的PLLA、TPV、POE-g-MAH、抗氧劑1010、白油;
C.將稱取后的各組分置于高速捏合機(jī)中高速混合5min,所述高速混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1500rpm;
D.將上述充分混合均勻的原料投入到螺桿擠出機(jī),經(jīng)過130-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為180rpm擠出原料;從螺桿擠出的原料經(jīng)冷卻送入切粒機(jī)中切割成顆粒;
E.將切割后的粒料放入螺桿擠出機(jī)中,經(jīng)過170-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為80rpm從不銹鋼口模中擠出線條;
F.線條經(jīng)水溫為15-65℃的冷卻水槽充分冷卻成型,然后經(jīng)牽引機(jī)牽引成固定大小直徑的線材;
G.定型后的線材進(jìn)入雙輪儲線架牽引出線材并于卷線機(jī)收卷成成品。
H.將D步驟中得到的顆粒注塑成型,注塑樣條分別進(jìn)行拉伸性能測試(GB/T1040.2-2006)、彎曲強(qiáng)度(GB/T9341-2008)和沖擊性能測試(GB/T1043.1-2008),測試結(jié)果見表1。
實施例3
1、一種具有珠光效果的3D打印線材,其特征在于:按照重量百分比配方:
PDLA(折射率1.35,數(shù)均分子量90000) 40
TPB(折射率1.52) 50
POE-g-GMA 9
抗氧劑626 0.5
白油 0.5。
2、上述具有珠光效果的3D打印線材的制備方法,包括如下步驟:
A.將PDLA、TPB、POE-g-GMA、抗氧劑626在干燥箱中干燥12h;
B.按照重量百分比配比,稱取干燥后的PDLA、TPB、POE-g-GMA、抗氧劑626、白油;
C.將稱取后的各組分置于高速捏合機(jī)中高速混合5min,所述高速混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1200rpm;
D.將上述充分混合均勻的原料投入到螺桿擠出機(jī),經(jīng)過130-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為200rpm擠出原料;從螺桿擠出的原料經(jīng)冷卻送入切粒機(jī)中切割成顆粒;
E.將切割后的粒料放入螺桿擠出機(jī)中,經(jīng)過170-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為120rpm從不銹鋼口模中擠出線條;
F.線條經(jīng)水溫為15-65℃的冷卻水槽充分冷卻成型,然后經(jīng)牽引機(jī)牽引成固定大小直徑的線材;
G.定型后的線材進(jìn)入雙輪儲線架牽引出線材并于卷線機(jī)收卷成成品。
H.將D步驟中得到的顆粒注塑成型,注塑樣條分別進(jìn)行拉伸性能測試(GB/T1040.2-2006)、彎曲強(qiáng)度(GB/T9341-2008)和沖擊性能測試(GB/T1043.1-2008),測試結(jié)果見表1。
實施例4
1、一種具有珠光效果的3D打印線材,其特征在于:按照重量百分比配方:
PDLLA(折射率1.45,數(shù)均分子量70000) 60
TPEE(折射率1.55) 35
PLA-g-MAH 3
植油 1.2
白油 0.8。
2、上述具有珠光效果的3D打印線材的制備方法,包括如下步驟:
A.將PDLLA、TPEE、PLA-g-MAH在干燥箱中干燥12h;
B.按照重量百分比配比,稱取干燥后的PDLLA、TPEE、PLA-g-MAH、植油、白油;
C.將稱取后的各組分置于高速捏合機(jī)中高速混合6min,所述高速混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1500rpm;
D.將上述充分混合均勻的原料投入到螺桿擠出機(jī),經(jīng)過130-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為240rpm擠出原料;從螺桿擠出的原料經(jīng)冷卻送入切粒機(jī)中切割成顆粒;
E.將切割后的粒料放入螺桿擠出機(jī)中,經(jīng)過170-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為80rpm從不銹鋼口模中擠出線條;
F.線條經(jīng)水溫為15-65℃的冷卻水槽充分冷卻成型,然后經(jīng)牽引機(jī)牽引成固定大小直徑的線材;
G.定型后的線材進(jìn)入雙輪儲線架牽引出線材并于卷線機(jī)收卷成成品。
H.將D步驟中得到的顆粒注塑成型,注塑樣條分別進(jìn)行拉伸性能測試(GB/T1040.2-2006)、彎曲強(qiáng)度(GB/T9341-2008)和沖擊性能測試(GB/T1043.1-2008),測試結(jié)果見表1。
實施例5
1、一種具有珠光效果的3D打印線材,其特征在于:按照重量百分比配方:
PLLA(折射率1.45,數(shù)均分子量75000) 30
TPU(折射率1.60) 60
PLA-g-GMA 8
抗氧劑168 1.5
白油 0.5。
2、上述具有珠光效果的3D打印線材的制備方法,包括如下步驟:
A.將PLLA、TPU、PLA-g-GMA、抗氧劑168在干燥箱中干燥12h;
B.按照重量百分比配比,稱取干燥后的PLLA、TPU、PLA-g-GMA、抗氧劑168、白油;
C.將稱取后的各組分置于高速捏合機(jī)中高速混合8min,所述高速混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為 2000rpm;
D.將上述充分混合均勻的原料投入到螺桿擠出機(jī),經(jīng)過130-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為220rpm擠出原料;從螺桿擠出的原料經(jīng)冷卻送入切粒機(jī)中切割成顆粒;
E.將切割后的粒料放入螺桿擠出機(jī)中,經(jīng)過170-210℃的高溫加熱,在高溫螺桿熔腔內(nèi)熔融塑化并以轉(zhuǎn)速為60rpm從不銹鋼口模中擠出線條;
F.線條經(jīng)水溫為15-65℃的冷卻水槽充分冷卻成型,然后經(jīng)牽引機(jī)牽引成固定大小直徑的線材;
G.定型后的線材進(jìn)入雙輪儲線架牽引出線材并于卷線機(jī)收卷成成品。
H.將D步驟中得到的顆粒注塑成型,注塑樣條分別進(jìn)行拉伸性能測試(GB/T1040.2-2006)、彎曲強(qiáng)度(GB/T9341-2008)和沖擊性能測試(GB/T1043.1-2008),測試結(jié)果見表1。
表1.材料性能測試結(jié)果
上述的具體實施方式及附圖是對本發(fā)明申請的進(jìn)一步詳細(xì)說明,但本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)的范圍并不局限于實施方式中所描述的范圍,凡采用同效變形等的技術(shù)方案,均落在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。