[发明专利]一种TPU基微波响应4D打印耗材的制备方法及其应用

摘要

本发明公开了一种TPU基微波响应4D打印耗材的制备方法及其应用。首先对填料（碳纳米管、纳米碳化硅或纳米氧化锌）进行表面活性反应制得活性功能填料，然后通过熔融共混法将活性功能填料引入形状记忆性能优异的半结晶状TPU树脂中，再通过双螺杆挤出挤出制得TPU基微波响应4D打印耗材。该TPU基微波响应4D打印耗材应用于FDM技术打印微波响应智能结构件。本发明通过简单的方法制得TPU基微波响应4D打印耗材，且所制得的TPU基微波响应4D打印耗材具有灵敏的微波响应性，以及优异的热学、力学和形状记忆性能。4D打印出的智能结构件微波响应灵敏且机械性能优异。

主权项

1.一种TPU基微波响应4D打印耗材的制备方法，其特征在于具体步骤为：(1) 将1质量份的填料溶于4~6质量份的二氯甲烷中，密封超声分散1~2h，制得分散液；(2) 将步骤(1)制得的分散液与等体积的ε‑己内酯单体混合，并密封超声分散1h，加入催化剂，在氮气氛下，120~140℃搅拌反应18~22h，得到粘稠状的混合液，加入体积为ε‑己内酯单体体积2倍的二氯甲烷进行稀释，经过滤洗涤除去杂质，在冰正己烷中沉淀，抽滤洗涤除去未反应的单体，得到活性功能填料；(3) 取TPU树脂放入80℃的烘箱中干燥4h，获得干燥后的TPU树脂，备用；(4) 按照以下质量百分比称取原料：步骤(2)制得的活性功能填料3~15%，步骤(3)获得的干燥后的TPU树脂80.5~94.9%，抗氧剂1010 0.8~2.0%，塑料通用内部润滑剂0.8~1.5%，塑料通用外部润滑剂0.5~1.0%，所有原料质量百分比之和为100%；(5) 将步骤(4)称取的原料混合并用密炼机于155~195℃混炼90~120min，然后放入恒温干燥箱，于70~90 ℃下干燥4~6 h，制得复合材料；(6) 将步骤(5)制得的复合材料用双螺杆挤出机造粒，得到直径为1.5~3.0mm，长度为4~6mm的复合粒料，于80℃下干燥10 h备用，挤出过程螺杆转速控制在25~35 r/min，温度控制在175~225℃，进料口压力为35~60MPa，出料口压力为35~60MPa；(7) 使用双螺杆挤出机对步骤(6)制得的复合粒料再次进行挤出，控制挤出过程螺杆速度为34~38 r/min，温度控制在185~215℃，进料口压力为35~60MPa，出料口压力为35~60MPa，使复合物能够连续均匀挤出，挤出物经水槽冷却、真空干燥后，由缠绕机收集，收集速度设置为9~11m/min，将挤出物直径控制在1.75 mm或3.0 mm，所得丝材即为TPU基微波响应4D打印耗材；所述填料为碳纳米管、纳米碳化硅或纳米氧化锌；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；所述TPU树脂为形状记忆性能优异的半结晶状TPU树脂，其结晶度为15~50 wt%。