[发明专利]一种可以3D打印的高分子功能材料

说明书

本发明属于智能材料技术领域，具体为一种可以3D打印的高分子功能材料。本发明功能材料至少由以下三种组分组成：热塑性弹性体、聚乙烯蜡、聚乙烯，还可含有有关助剂。该改性材料既具有多重形状记忆功能，又可用于3D打印。这种高分子材料能通过挤出加工制成可用于3D打印的丝条，并具有多重形状记忆功能或可调的温度响应形状记忆功能；通过3D打印的方法，方便地将这种材料打印成具有任意形状、尺寸的制品；所得制品也具有多重形状记忆功能或可调的温度响应形状记忆功能。本发明的改性材料具有原料价格便宜、形状记忆性能好、便于大规模生产等特点，在医疗器具、柔性电子设备、包装材料、智能纺织材料等方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种高分子改性的具有可调节的多重形状记忆的功能材料。

背景技术

形状记忆材料是一种具有广阔应用前景的智能材料。形状记忆材料能够响应外界温度、酸碱度、湿度、光照、电磁等刺激，并对自身的状态参数做出调整，最终回复到初始设定的状态。简单地说，一个具有特定初始形状的材料经过形变并固定为另外一种形状后(称被固定的这个形状为暂时形状)，在外界物理或化学刺激下又能恢复到初始形状，这样的材料就是形状记忆材料。常见的形状记忆材料包括形状记忆合金、形状记忆聚合物和形状记忆陶瓷等。镍-钛合金是最先被发现具有形状记忆效应的材料，随后发现了以铜-锌-铝为代表的形状记忆铜基合金、以铁-锰-硅为代表的铁基形状记忆合金。形状记忆聚合物的出现相对较晚，直到1981年，Ota等发现辐射交联的聚乙烯具有形状记忆特性。此后，聚氨酯、环氧树脂等聚合物也相继被发现具有形状记忆能力。目前，形状记忆聚合物已被应用在生物医学、封装材料、智能纺织、航空航天等领域。

传统的形状记忆材料在变形-固定-回复的过程中只能记忆一个暂时形状，这限制了它的应用与发展。在此基础上，发展出了多重形状记忆材料。多重形状记忆材料能够固定住多个临时形状，因此在其回复的过程中会依次经历多个特定的临时形状并最终恢复到初始形状。在多重形状记忆领域，热致多重形状记忆材料占据着重要的地位。目前，具有热致多重形状记忆材料，一类是具有一个有回弹能力的交联网络以及多个离散热转变的材料，每一个热转变能固定住一个暂时形状。还有一类是具有回弹能力的交联网络以及一个很宽的热转变(如宽的熔程或玻璃化转变)的物质，多重记忆效应可以在这样的一个宽转变范围内实现。2010年Xie (Nature, 2010, 464, 267)发现有着很宽玻璃化转变温度的一种全氟磺酸树脂(Nafion)，具有多重形状记忆能力，并且只要选择的温度间隔足够大其多重形状记忆效应可以在玻璃化转变范围内随意实现，即具有可调节的形状记忆效应。基于多重形状记忆或可调节形状记忆功能高分子材料广阔的应用前景，开发原料成本低廉、制备过程简单且无污染产生的此类功能材料，仍然是非常迫切的课题。

近年来，3D打印作为一种新兴的增材制造模式获得了越来越多人的关注。3D打印以数字化模型为基础，运用热塑性树脂、光敏树脂、粉末金属等材料，通过逐层打印的方式制造物体。与传统的制造模式相比，3D打印无需模具，并且可以制备结构十分复杂、极具个性化的物体，能满足各式各样的需求。目前，3D打印已经被用于医学与医疗工程、电子器件、航空航天、建筑工业等领域。根据打印技术和打印材料的不同，3D打印主要可分为熔融沉积法(FDM)、立体平版印刷法(SLA)、选取激光烧结法(SLS)、喷墨打印法(3DP)等。在诸多3D打印技术之中，FDM技术有着打印原理简易、原材料较为丰富、设备相对廉价的优势，因此一直是研究的重点。FDM技术需要材料被加工成具有制定直径的丝材，之后利用熔融-固化的原理制备任意拓扑结构的3D物体。

智能材料功能化的实现，除了依赖材料本身的性质，还受到加工技术的影响。若能实现多重形状记忆材料的3D打印，那么可以制备出具有任意拓扑结构、且具有多重形状记忆功能的物件，大大拓展此类智能材料的应用，尤其是在柔性电子设备、柔性医用器具等领域的应用。FDM技术具有成本低、污染少、技术门槛低等特点，本发明正是开发一种低成本、易制备、低污染、可用FDM技术3D打印的热致多重形状记忆材料。