含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料及其应用的制作方法

本发明涉及含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料及其应用，属于高分子材料加工领域。

背景技术：

3D打印技术，即快速成型(RP)技术，它是以计算机三维设计模型为蓝本，运用金属粉末、陶瓷粉末、聚合物粉末材料通过逐层打印、叠加成型得到产品的一种新型加工成型技术。3D打印技术包括光固化成型技术(Stereo lithography Apparatus)、分层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing)、选择性激光烧技术(Selective Laser Sintering)和熔融沉积成型技术(Fused Deposition Manufacturing)。

选择性激光烧结工艺是应用最为广泛的3D打印技术。选择性激光烧结思想由美国得克萨斯大学澳斯汀分校的C.R.Dechard于1986年提出，并于1989年成功研制出选择性激光烧结工艺。该工艺是发展最快、最为成功且已经商业化的3D打印方法，采用该技术不仅可以制造出精确的模型和原形，还可以成形具有可靠结构的金属零件作为直接功能件使用。选择性激光烧结技术具有诸多优点，如粉末选材广泛、适用性广、制造工艺比较简单、成形精度高、无需支撑结构、可直接烧结零件，因此在现代制造业中受到越来越广泛的重视。

目前能够用于选择性激光烧结的高分子材料十分有限，主要是尼龙聚合物，其他聚合物材料应用较少。特别是低结晶聚合物材料或非晶聚合物材料，例如聚氨酯弹性体、聚苯乙烯，其在熔融或呈粘流态时，粘度很大，粉末颗粒之间融合差，导致制品孔隙率高，力学强度低，大大限制了这些材料在3D打印上的运用。

技术实现要素：

本明的目的是针对现有技术的不足而开发的一种用于3D打印含聚多巴胺的聚合物复合材料，其特点是聚多巴胺粒子具有优异的光热效应，在3D打印过程中，可以吸收激光能量并产生大量热量，迅速提升激光烧结区域的温度，降低聚合物熔体粘度，从而促进聚合物粉末的融合，提高3D打印制品的密度及力学强度。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料，由以下组分按照重量份数组成：

聚合物100份；

聚多巴胺粒子0.0001～50份。

所述聚合物为聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、热塑性聚氨酯弹性体、尼龙6、尼龙11、尼龙12、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4环己烷二甲醇酯中的一种或多种混合物粉末。

所述聚多巴胺粒子的尺寸为10nm～100μm，优选30～200nm。

通过机械共混、熔融共混、乳液共混、溶液共混等方法混合聚合物粉末与聚多巴胺粒子制备得到含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

聚多巴胺粒子在含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料中均匀分散或呈三维网络分散。

该含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料应用于3D打印，特别是选择性激光烧结3D打印技术。

本发明提供的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料及其应用，具有以下优点：

1、在3D打印过程中，特别使对于熔体粘度较高的聚合物，聚多巴胺能有效吸收激光能量并转化为热能，促使烧结区域的聚合物进一步升温，降低熔体粘度，使聚合物粉末充分融合，而对于非烧结区域无影响；

2、常规的填料加入聚合物基体一半是提高体系粘度和模量，而聚多巴胺的效果刚好相反，能有效降低体系粘度，改善聚合物加工性能；

3、制备工艺简单。聚多巴胺在常温下即可制得，与聚合物的复合工艺均为常见聚合物加工工艺，过程中基本不涉及有毒有害气体液体的排放。

附图说明

图1为实施例1的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料断面结构照片；

图2为实施例18的3D打印实物图照片。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要再此指出的是本实施例只用于对本发明进行的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

将100份聚氨酯弹性体粉末与0.0001份聚多巴胺通过熔融挤出混合均匀，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例2

将100份聚氨酯弹性体粉末与0.1份聚多巴胺通过熔融挤出混合均匀，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例3

将100份聚氨酯弹性体粉末与1份聚多巴胺通过熔融挤出混合均匀，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例4

将100份聚氨酯弹性体粉末与2份聚多巴胺通过熔融挤出混合均匀，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例5

将100份聚乙烯粉末与5份聚多巴胺通过机械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例6

将100份高密度聚乙烯粉末与10份聚多巴胺通过机械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例7

将100份高密度聚丙烯粉末与20份聚多巴胺通过机械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例8

将100份聚苯乙烯粉末与30份聚多巴胺通过机械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例9

将100份聚氨酯粉末与40份聚多巴胺通过机械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例9

将100份聚氨酯粉末与50份聚多巴胺通过乳液混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例10

将100份尼龙6粉末与1份聚多巴胺通过溶液共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例11

将100份尼龙11粉末与1份聚多巴胺通过溶液共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例12

将100份尼龙12粉末与1份聚多巴胺通过溶液共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例13

将100份聚醚醚酮粉末与1份聚多巴胺通过熔融共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例14

将100份聚碳酸酯粉末与1份聚多巴胺通过熔融共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例15

将100份聚乳酸粉末与1份聚多巴胺通过熔融共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例16

将100份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物粉末与1份聚多巴胺通过熔融共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

实施例17

将100份聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4环己烷二甲醇酯粉末与1份聚多巴胺通过机械共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料。

性能测试：

实施例1所得的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料断面结构照片如图1所示。

力学强度测试：将应用实施例1～4得到的制品进行力学拉伸试验，测试其杨氏模量、屈服强度、拉伸强度和断裂伸长率，结果如表1所示。

表1.应用实施例1所得制品力学性能

结果表明：聚多巴胺粒子的引入能够有效促进聚合物粉末对激光的吸收，从而促使熔体粘度降低，促进了粉末颗粒之间的融合，提高了力学强度。

实施例18

将实施例1～4制得的用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料通过冷冻粉碎制成粉末、将复合材料铺在3D打印机的工作台上，设定激光功率为40w，烧结温度为80℃，铺粉厚度为0.15mm。

激光在计算机程序的控制下，根据三维CAD模型文件沿垂直方向设定的层厚进行分层切片的截面数据，有选择地对所述含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料粉末进行扫描、烧结。烧结时，聚多巴胺粒子吸收激光光能并转化为热能致使聚合物进一步熔融升温，体系粘度大大降低，使得聚合物粉末能够充分融合。一层烧结完成后，工作缸下降设定的高度，再进行下一层的铺粉和烧结，并与前一层粘合，如此反复加工成型。所得产品如图2所示。