[发明专利]一种智能高分子材料、其制备方法及其利用方法

说明书

本发明公开一种智能高分子材料、其制备方法及其利用方法，该材料包括热塑性聚合物、重量百分比为0.1%‑5%的发泡剂和重量百分比0.01‑65%的加工助剂，所述加工助剂包括重量百分比不超过5%的蜡类润滑剂，其中发泡剂在发泡剂活化温度下活化，原料在加工温度下通过螺杆工艺挤出呈线材，对于需要在熔融沉积成型期间膨胀的材料，发泡剂活化温度低于打印温度，而且加工温度低于打印温度；对于需要在熔融沉积成型后膨胀的材料，发泡剂活化温度高于打印温度并低于热处理温度，而且加工温度低于打印温度。本发明的智能高分子材料，不基于或仅用少量的蜡类润滑剂，因而有较高机械强度；由于材料密度因发泡而比现有的材料密度低很多，可以用于3D打印轻质泡沫物件。

技术领域

本发明涉及增材制造技术，尤其涉及一种智能高分子材料、其制备方法及其利用方法。

背景技术

增材制造技术，俗称3D 打印，是一种以数字模型文件为基础，运用塑料或粉末状金属等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，近年来得到了快速发展。目前3D打印技术主要包括熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)、选择性激光烧结成型(Selective Laser Sintering，SLS)、光固化成型(stereo lithography apparatus，SLA)、分层实体成型(Laminated Object Manufacturing，LOM)等技术，其中FDM 发展最快，应用最多。

熔融沉积建模（FDM）是一种增材制造或3D打印。用于FDM的材料通常是长丝形式的热塑性聚合物。它们在打印头中熔化并挤出到沉积表面上并在冷却时形成固体层。这些层的集合形成3D物件。市场上有许多这样的材料可用于生产具有不同特性的3D物体。然而，缺乏可以产生非常轻的3D物体或材料的材料，其可以在沉积期间或之后填充更多空间。本发明提出了这样的材料，可以在沉积期间或沉积之后膨胀。

然而尽管增材制造技术能够打印出各式各样的物件，但打印出来的物件仍需要组装，缺乏柔性和环境适应性，而4D 打印技术可以利用材料形状随时间变化的特性制造出预设的物件形状。现在市场上几乎没有4D打印材料供应，最接近的也许是这种3D打印的发泡材料：CN105218939A公开了一种蜡基发泡3D打印材料，这种材料在打印完成后，可以在高温下发泡膨胀。由于是蜡基，材料主要成分的分子量较低而使其机械强度较低，不适合要求较高强度场景的应用。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种智能高分子材料、其制备方法及其利用方法，该智能高分子材料可使FDM法3D打印的3D打印制品在适宜温度条件下发泡膨胀变形形成最终制品。

本发明的一个目的在于提供一种智能高分子材料，其特征在于，包括热塑性聚合物、重量百分比为0.1%-5%的发泡剂和重量百分比0.01-5%的加工助剂，所述加工助剂包括蜡类润滑剂，其中发泡剂在发泡剂活化温度下活化，原料在加工温度下通过螺杆工艺挤出呈线材，对于需要在熔融沉积成型期间膨胀的材料，发泡剂活化温度低于打印温度，而且加工温度低于打印温度；对于需要在熔融沉积成型后膨胀的材料，发泡剂活化温度高于打印温度并低于热处理温度，而且加工温度低于打印温度。

进一步地，本发明的智能高分子材料，包括所述热塑性聚合物为丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物（ABS）、聚乳酸（PLA）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲醛（POM）和聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）中的一种或几种的组合，所述发泡剂为碳酸铵、偶氮二异丁氰（AIBN）、二亚硝基五次甲基四胺、4，4’-氧代双本磺酰肼（OBSH）、偶氮二甲酰胺（AC或ADC）、5-苯基四唑（5PT）、微球发泡剂和碳酸氢钠中的一种或几种的组合，所述蜡类润滑剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物蜡、氯化石蜡、聚丙烯蜡的一种或几种的组合。

进一步地，本发明的智能高分子材料，所述加工助剂还包括抗氧剂、耐热改性剂和导电填料中的一种或几种的组合。