[发明专利]一种高压电转变高分子材料晶型的3D打印成形方法

说明书

本发明属于材料加工成形领域，并公开了一种高压电转变高分子材料晶型的3D打印成形方法。该方法在3D打印过程中，在喷嘴和收集平台之间施加高压电形成高压电场，使得从喷嘴中喷出的熔融液体在高压电场中结晶高分子聚合物的排序从无序变为有序，实现晶型的转变，最终在收集平台上获得高比率单一晶型的聚合物。通过本发明，实现熔融的高分子聚合物高比率单一晶型的转变控制，获得高性能产品，制备方法简单，成本低，适用范围广。

技术领域

本发明属于材料加工成形领域，更具体地，涉及一种高压电转变高分子材料晶型的3D打印成形方法。

背景技术

增材制造技术，又称3D打印，是材料加工成型的主要方法之一，是一种通过计算机辅助设计，以数字模型文件为基础，按照逐层堆积的原理成型制品的快速成型技术，但是在3D打印技术下无法实现多晶型高分子的打印晶型控制转换问题，因此通过将材料在置于高的电压条件下可以将熔融的高分子实现高比率单一晶型的转换控制。

实现熔融的高分子聚合物晶型转变控制的方法有多种，如退火、结晶作用、共聚及材料复合、拉伸法等机械作用，但高压电转变高分子材料晶型的方法简单，成本低，适用范围广。

以压电材料如聚偏二氟乙烯(PVDF)为例，PVDF作为一种压电聚合物，展现了良好的压电性能、热电性能、铁电性能，由于其低成本、高柔性和生物相容性，在电能与机械之间的能量转换应用中具有重要的应用前景。PVDF的晶型有4种，α相、β相、γ相、δ相，β相的每单位细胞都有最大的自发极化，要制造出高性能的压电器件，则需要PVDF的β相含量较高。在强电场作用下，热极化的温度更高，时间更长，偶极电荷的沿电场取向更完全，α晶型向β晶型的转变更彻底。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高压电转变高分子材料晶型的3D打印成形方法，该方法在3D打印过程中，在喷嘴和收集平台之间施加高压电形成高压电场，使得从喷嘴中喷出的熔融液体在高压电场中结晶高分子聚合物的排序从无序变为有序，实现晶型的转变，最终在收集平台上获得高比率单一晶型的聚合物。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种高压电转变高分子材料晶型的3D打印成形方法，其特征在于，该方法在3D打印过程中，在3D打印机的喷嘴和收集平台之间施加高压电形成高压电场，使得从所述喷嘴中喷出的熔融液体在所述高压电场中结晶，所述熔融液体中的分子结构排列从无序变为有序，实现晶型的转变，最终在所述收集平台上获得具有单一晶型的产品，其中，所述高压电的电压范围是100V～200KV。

进一步优选地，所述3D打印为基于熔融沉积原理的3D打印。

进一步优选地，所述3D打印的打印喷嘴温度范围为不超过600℃，喷嘴的外径为0.01mm～20mm。

进一步优选地，所述喷嘴和收集平台的距离是0.01mm～100cm。

进一步优选地，所述打印采用的原材料为结晶高分子聚合物。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明与其他晶型转变方式，如退火、结晶作用、共聚及材料复合、拉伸法等机械作用相比，方法更简单，成本更低，适用范围更广；

2、本发明通过采用熔融沉积原理(FDM)的3D打印，其相比其他原理的3D打印，其热熔挤压头系统构造原理和操作简单，不适用激光，维护成本低，系统运行安全，后处理简单；

3、本发明通过施加高压电，使得所获得的产品具有压电特性，与现有的静电纺丝相比，本发明的方法对原材料的形态没有要求，可为固态也可为液态，且通过采用3D打印，与静电纺丝相比，成型的产品的形态可控。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的高压3D打印的装置的结构示意图；