一种3D打印用高强度PET共聚酯材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种3D打印用高强度PET共聚酯材料及其制备方法，属于PET共聚酯材料领域。本发明加入特定用量的左旋聚乳酸和右旋聚乳酸，通过与特定偶联剂的协同作用，提高了材料的力学强度，同时3D打印材料的收缩率和尺寸稳定性得到明显提高。本发明的材料中加入了可降解的生物材料，环境相容性好，且所需增强纤维添加量少，成本更低。本发明的材料，适合用于3D打印。

权利要求

1.一种适合3D打印的材料，其特征在于，所述材料由以下重量份原料组成：PET共聚酯

70～80份、增强纤维8～10份、偶联剂0.5～1份、稳定剂0.5～1份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂

0.5～1份、左旋聚乳酸7-9份、右旋聚乳酸1-3份；

所述偶联剂为单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯和硅烷偶联剂KH-550按照3:2的重量比混合得到的。

2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述PET共聚酯的熔融温度为180℃，特性粘度为0.55-0.7dl/g。

3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述增强纤维为短纤玻璃纤维、碳纤维和硼纤维中的一种或者几种混合物。

4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述稳定剂为磷酸三甲酯、磷酸、磷酸三乙酯和亚磷酸三苯酯中的一种或者几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述抗氧剂为主抗氧剂1010、主抗氧剂

1076、主抗氧剂1098中的任意一种和辅助抗氧剂168按(1:1)-(1:4)的比例混合。

6.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述润滑剂为多元醇硬脂酸酯、硬脂酸锌和芥酸酰胺中的一种或者几种的混合物。

7.权利要求1所述的材料在3D打印方面的应用。

8.一种权利要求1所述的3D打印的材料的制备方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：(1)按重量配比称取原料配方中的材料；

(2)烘料，PET共聚酯在80℃干燥3～5h；

(3)将PET共聚酯、增强纤维和偶联剂加入混料机中一起混合5～10分钟，接着将余下的物料加入混料机中一起混合30～60分钟，出料；

(4)将混合后的物料送入双螺杆挤出机加料斗中，经双螺杆高速剪切、挤出、拉条、冷却、造粒；设定双螺杆挤出机的一区温度为170～200℃，二区温度为180～210℃，三区温度为190～220℃，四区温度为200～230℃，五区温度为200～220℃，机头温度为200～210℃，喂料速度为20～200转/分钟，螺杆转速为50～500转/分钟。

说明书

一种3D打印用高强度PET共聚酯材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种3D打印用高强度PET共聚酯材料及其制备方法，属于PET共聚酯材料领域。

背景技术

[0002] 3D打印技术又称增材制造技术，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，被广泛应用于医学、生物工程、建筑、服装、航空等领域。

[0003] 目前，3D打印常用的塑料为ABS材料和聚乳酸材料，采用“层层叠加，层间粘接”的方法制造，但是通用的3D打印ABS材料价格高于40万元/吨，聚乳酸材料价格高于20万元/吨，这样就极大的阻碍了3D打印技术的发展。

[0004] 在前期的研究过程中，发明人通过以PET共聚酯为基材配合增强纤维、稳定剂、抗氧剂和润滑剂，制备得到了力学性能较好的3D打印材料。虽然添加增强纤维的方式有效地改善了拉伸强度等力学性能，但是也明显影响了3D打印材料的收缩率和尺寸稳定性。因此，有必要制备力学性能更好且收缩率小、尺寸稳定性更好的适合3D打印的材料。

发明内容

[0005] 为了解决上述问题，本发明提供一种3D打印材料，不仅力学强度高，而且收缩率和尺寸稳定性得到明显提高。

[0006] 本发明的3D打印材料，由以下重量份原料组成：PET共聚酯70～80份、增强纤维8～10份、偶联剂0.5～1份、稳定剂0.5～1份、抗氧剂0.5～1份、润滑剂0.5～1份、左旋聚乳酸7-
9份、右旋聚乳酸1-3份。

[0007] 在一种实施方式中，所述PET共聚酯的熔融温度为180℃，特性粘度为0.55-0.7dl/g。

[0008] 在一种实施方式中，所述PET共聚酯的制备方法是：将500g对苯二甲酸、500g间苯二甲酸、40g邻苯二甲酸、570g丙二醇、0.5g三氧化二锑和0.2g磷酸三甲酯加入到反应釜中，然后用高纯氮气对反应釜进行置换，初始压力为0.12MPa；搅拌升温至220℃，升压至0.4MPa进行第一接触反应4小时后，再升温至275℃，减压至60Pa进行第二接触反应1小时，得到共聚酯。

[0009] 在一种实施方式中，所述增强纤维为短纤玻璃纤维、碳纤维和硼纤维中的一种或者几种混合物。

[0010] 在一种实施方式中，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和硅烷偶联剂中的一种或者几种的混合物。

[0011] 在一种实施方式中，所述偶联剂为单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯和硅烷偶联剂KH-550按照3:2的重量比混合得到的。

[0012] 在一种实施方式中，所述稳定剂为磷酸三甲酯、磷酸、磷酸三乙酯和亚磷酸三苯酯中的一种或者几种的混合物。

[0013] 在一种实施方式中，所述抗氧剂为主抗氧剂1010、主抗氧剂1076、主抗氧剂1098中的任意一种和辅助抗氧剂168按(1:1)-(1:4)的比例混合。

[0014] 在一种实施方式中，所述润滑剂为多元醇硬脂酸酯、硬脂酸锌和芥酸酰胺中的一种或者几种的混合物。

[0015] 本发明的第二个目的是提供所述3D打印材料的制备方法。

[0016] 在一种实施方式中，所述方法的步骤如下：

[0017] (1)按重量配比称取原料配方中的材料；

[0018] (2)烘料，PET共聚酯在80℃干燥3～5h；

[0019] (3)将PET共聚酯、增强纤维和偶联剂加入混料机中一起混合5～10分钟，接着将余下的物料加入混料机中一起混合30～60分钟，出料；

[0020] (4)将混合后的物料送入双螺杆挤出机加料斗中，经双螺杆高速剪切、挤出、拉条、冷却、造粒。设定双螺杆挤出机的一区温度为170～200℃，二区温度为180～210℃，三区温度为190～220℃，四区温度为200～230℃，五区温度为200～220℃，机头温度为200～210℃，喂料速度为20～200转/分钟，螺杆转速为50～500转/分钟。

[0021] 本发明的优点和效果：

[0022] (1)本发明加入特定用量的左旋聚乳酸和右旋聚乳酸，通过与特定偶联剂的协同作用，提高了材料的力学强度，同时3D打印材料的收缩率和尺寸稳定性得到明显提高。

[0023] (2)本发明的材料中加入了可降解的生物材料，环境相容性好。

[0024] (3)本发明的材料所需增强纤维添加量少，成本更低。具体实施方案

[0025] 性能测试

[0026] 尺寸偏差：取PET共聚酯线材制品2米，随机挑选挑选30个点，用游标卡尺量取其直径，记为d1-d30，求得平均值D，则直径的标准偏差为

[0027] 拉伸强度和缺口冲击强度：分别按照美国材料实验协会标准ASTM D638和ASTM D256进行检测。

[0028] 下面是对本发明进行具体描述。

[0029] 实施例1

[0030] 按以下方法制备3D打印材料：

[0031] (1)按重量配比称取原料配方中的材料；其中，PET共聚酯75份、短纤玻璃纤维10份、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯0.3份、硅烷偶联剂KH-5500.2份、磷酸三甲酯0.5份、主抗氧剂10760.2份、辅助抗氧剂1680.6份、硬脂酸锌0.5份、左旋聚乳酸7份、右旋聚乳酸3份；

[0032] (2)烘料，PET共聚酯在80℃干燥5h；

[0033] (3)将PET共聚酯、短纤玻璃纤维和偶联剂加入混料机中一起混合8分钟，接着将余下的物料加入混料机中一起混合60分钟，出料；

[0034] (4)将混合后的物料送入双螺杆挤出机加料斗中，经双螺杆高速剪切、挤出、拉条、冷却、造粒。设定双螺杆挤出机的一区温度为180℃，二区温度为200℃，三区温度为210℃，四区温度为220℃，五区温度为210℃，机头温度为205℃，喂料速度为150转/分钟，螺杆转速为450转/分钟。

[0035] 实施例2

[0036] 按以下方法制备3D打印材料：

[0037] (1)按重量配比称取原料配方中的材料；其中，PET共聚酯75份、短纤玻璃纤维10份、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯0.3份、硅烷偶联剂KH-5500.2份、磷酸三甲酯0.5份、主抗氧剂10760.2份、辅助抗氧剂1680.6份、硬脂酸锌0.5份、左旋聚乳酸8份、右旋聚乳酸2份；

[0038] (2)烘料，PET共聚酯在80℃干燥5h；

[0039] (3)将PET共聚酯、短纤玻璃纤维和偶联剂加入混料机中一起混合8分钟，接着将余下的物料加入混料机中一起混合60分钟，出料；

[0040] (4)将混合后的物料送入双螺杆挤出机加料斗中，经双螺杆高速剪切、挤出、拉条、冷却、造粒。设定双螺杆挤出机的一区温度为180℃，二区温度为200℃，三区温度为210℃，四区温度为220℃，五区温度为210℃，机头温度为205℃，喂料速度为150转/分钟，螺杆转速为450转/分钟。

[0041] 实施例3

[0042] 按以下方法制备3D打印材料：

[0043] (1)按重量配比称取原料配方中的材料；其中，PET共聚酯75份、短纤玻璃纤维10份、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯0.3份、硅烷偶联剂KH-5500.2份、磷酸三甲酯0.5份、主抗氧剂10760.2份、辅助抗氧剂1680.6份、硬脂酸锌0.5份、左旋聚乳酸9份、右旋聚乳酸1份；

[0044] (2)烘料，PET共聚酯在80℃干燥5h；

[0045] (3)将PET共聚酯、短纤玻璃纤维和偶联剂加入混料机中一起混合8分钟，接着将余下的物料加入混料机中一起混合60分钟，出料；

[0046] (4)将混合后的物料送入双螺杆挤出机加料斗中，经双螺杆高速剪切、挤出、拉条、冷却、造粒。设定双螺杆挤出机的一区温度为180℃，二区温度为200℃，三区温度为210℃，四区温度为220℃，五区温度为210℃，机头温度为205℃，喂料速度为150转/分钟，螺杆转速为450转/分钟。

[0047] 实施例4

[0048] 与实施例1相比，采用的偶联剂为单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯0.5份而不添加硅烷偶联剂KH-550，其他步骤或参数与实施例1一致。

[0049] 实施例5

[0050] 与实施例1相比，采用的偶联剂为硅烷偶联剂KH-5500.5份而不添加单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯，其他步骤或参数与实施例1一致。

[0051] 对照例1：

[0052] (1)按照重量份数计，取PET共聚酯73份、碳纤维25份、铝酸酯偶联剂1份、磷酸0.5份、主抗氧剂10760.1份、辅助抗氧剂1680.2份、硬脂酸锌0.2份。

[0053] (2)将PET共聚酯加入烘料机中，80℃干燥5h。

[0054] (3)将干燥后PET共聚酯、硼纤维和钛酸酯偶联剂加入混料机中一起混合10分钟，接着把余下的物料加入混料机中一起混合60分钟，出料。

[0055] (4)将混合后的物料送入双螺杆挤出机加料斗中，经双螺杆高速剪切、挤出、拉条、造粒。设定双螺杆挤出机的一区温度为180～190℃，二区温度为185～200℃，三区温度为190～210℃，四区温度为210～230℃，五区温度为200～220℃，机头温度为200～210℃，喂料速度为20转/分钟，螺杆转速为50转/分钟。

[0056] 对照例2：

[0057] 与实施例1相比，不添加左旋聚乳酸和右旋聚乳酸，其他步骤或参数与实施例1一致。

[0058] 对按照实施例1-5和对照例1-2的方法制备得到的材料，进行性能测试，结果如表1。

[0059] 表1不同方法制备得到的材料性能

[0060]

[0061] 如表1所示，实施例1的采用9份左旋聚乳酸、1份右旋聚乳酸的方案，尺寸偏差非常小，仅为对照例1的尺寸偏差的18％左右，同时通过特定比例聚乳酸和特定偶联剂的联合作用，拉伸强度等力学性能得到显著提高。

[0062] 虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。