[发明专利]静电纺丝PEEK/低熔点金属复合纤维及其3D打印耗材和制备方法

说明书

本发明公开了静电纺丝PEEK/低熔点金属复合纤维及其3D打印耗材和制备方法，利用静电纺丝法将PEEK与低熔点金属复合制备成复合纤维，将复合纤维与聚乳酸混合，通过螺杆挤出机制成3D打印线材，本发明制得的3D打印线材用于3D打印产品能提升产品的横向和纵向力学性能，在3D打印个性化假肢和3D打印高强度零件领域具有重要应用价值。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及静电纺丝PEEK/低熔点金属复合纤维及其3D打印耗材和制备方法。

背景技术

3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术应用在多个领域，如航空航天、医疗、珠宝服饰、工业设计、汽车制造、建筑、教育以及其他领域都有所应用。

聚乳酸(PLA)在桌面级(FDM)3D打印中应用最为广泛，它具有良好的机械性能以及物理性能，同时它本身有着绿色环保、无毒无害、可生物降解、生物相容性良好等特性，广泛用于医药、食品包装、快餐饭盒等各种领域。

由于FDM打印是逐层打印来构造物体，存在层与层之间的力学性能差。目前市场上纯PLA 3D打印耗材用于打印某些领域产品不能满足使用要求，例如打印假肢、航空或汽车零部件等产品，横向和纵向很难达到产品的力学要求，特别是纵向力学性能较差，容易发生产品断裂。

聚醚醚酮(PEEK)是一种耐高温、耐化学药品腐蚀的特种高分子材料。其熔点为334℃，高于聚乳酸材料熔点，同时拉伸强度高，可用作耐高温结构材料和电绝缘材料，可与其他材料复合制备增强材料。PEEK可应用在航空航天、医疗器械和工业等领域。

将PEEK与低熔点金属粉末通过静电纺丝技术制成复合纤维，加入到PLA中通过单/双螺杆挤出机拉丝成型获得3D打印耗材，所打印的产品在横向方向由PEEK纤维增强，在纵向方向由打印时3D打印机喷头熔融低熔点金属进而增强3D打印产品层与层之间的结合力，从而解决3D打印产品在横向和纵向的力学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种静电纺丝PEEK/低熔点金属复合纤维；本发明的目的之二在于提供基于静电纺丝PEEK/低熔点金属复合纤维增强聚乳酸的3D打印耗材；本发明的目的之三在于提供3D打印耗材的制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、静电纺丝PEEK/低熔点金属复合纤维，按重量份计由聚醚醚酮60～70份、低熔点金属粉末30～40份、体积比为5：5的N-甲基吡咯烷酮和四氢呋喃(THF)的混合溶液组成，混合溶液用量按聚醚醚酮的浓度为100～180mg/ml；经静电纺丝得到直径100nm～1000nm的复合纤维。

优选的，所述复合纤维由以下方法制备：将配方量的聚醚醚酮在体积比为5:5的N-甲基吡咯烷酮和四氢呋喃的混合溶液中溶解，然后加入配方量的低熔点金属粉末，分散均匀得到电纺溶液，将电纺溶液在喷丝头内径为0.7mm下静电纺丝。

优选的，所述静电纺丝的条件为电压12kV～18kV，流出速率为20μL/min～30μL/min，接收距离为15cm～20cm。

优选的，所述低熔点金属粉末为低熔点金属为锡铋合金粉、铋铟合金粉、锡铋铟合金粉中的一种。

2、基于所述静电纺丝PEEK/低熔点金属复合纤维增强聚乳酸的3D打印耗材，按重量份计由聚乳酸颗粒65～75份，静电纺丝PEEK/低熔点金属复合纤维23～34份，润滑剂0～4份组成。

优选的，所述润滑剂为硬酯酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸锌、金属皂的高分子复合酯、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、硅酮类润滑剂中的一种或两种以上的混合物。

优选的，所述3D打印耗材经挤出拉丝成型后的直径为1.75±0.05mm/2.85±0.05mm。