本發(fā)明涉及一種物理改性制備水溶性復(fù)合材料，主要應(yīng)用在3D打印支撐材料領(lǐng)域，特別是涉及一種可用3D打印的PVA/PLA復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

3D打印是一種快速成型技術(shù)，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或者塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方法來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類(lèi)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工汽車(chē)、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。

3D打印中的熔融層積成型技術(shù)(FDM)是利用工程塑料絲(如ABS、PLA等)在熔點(diǎn)附近可熔化堆積的特性，打印出三維制品。當(dāng)制品中出現(xiàn)內(nèi)陷、中空結(jié)構(gòu)時(shí)，選擇支撐材料進(jìn)行打印成型，再浸漬于特定的溶液或氣氛中，使支撐材料充分溶解，獲得特殊結(jié)構(gòu)的制品。支撐材料在異形件的打印中起到重要的作用，關(guān)系到3D打印的應(yīng)用推廣。3D打印技術(shù)的發(fā)展對(duì)3D打印材料提出了新的要求，以熔融擠出成型技術(shù)為例，需要綜合考慮塑料熔絲尺寸和成型性能對(duì)噴頭溫度進(jìn)行設(shè)計(jì)，若要打印大型中空制件，則必須考慮如何將中心的填充材料與表層材料分離，還必須考慮兩者在分離前具有良好的粘結(jié)性，避免表層材料塌陷。

PLA是從植物提煉出來(lái)的乳酸聚合而成，在3D打印耗材領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。其本身具有生物可降解性，在降解過(guò)程中不會(huì)污染環(huán)境；PVA具有極佳的水溶性，在普通條件下即可溶于水中。作為3D打印支撐材料時(shí)，利用PVA材料的水溶性，模型上的支撐材料比較容易去除且對(duì)制件表面無(wú)損傷，可用于打印比較精美、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鏤空制件；PBAT作為相容劑可解決PVA/PLA復(fù)合材料不相容的問(wèn)題，增加才材料韌性，使線材更易收卷，利于使用；作為潤(rùn)滑劑的檸檬酸三乙酯和白油等可改善線材的表面效果，使線材表面光滑；分散劑的加入使?jié)櫥瑒┰诠不煳镏蟹植季鶆?，制備出的線材性能穩(wěn)定，提高了材料的使用效果。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于雖然PVA具有可溶于水、可降解等優(yōu)點(diǎn)，但是PVA材料本身質(zhì)軟，且與PLA材料粘結(jié)力較小，作為支撐材料使用時(shí)容易導(dǎo)致模型塌陷，影響打印效果；PVA與PLA材料復(fù)合時(shí)相容性不好，需要找到相應(yīng)的相容劑。利用PBAT的增塑特性及檸檬酸三乙酯、白油等的潤(rùn)滑性增加線材的韌性及光滑性，改善線材特性，提高復(fù)合材料的使用性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的研究目的在于解決3D打印水溶性支撐材料的研發(fā)問(wèn)題，利用PLA材料的生物相容性及生物可降解性，結(jié)合PVA可溶于水的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用PBAT材料的增塑效果及檸檬酸三乙酯的潤(rùn)滑性改善線材韌性及表面光滑性，利用單螺桿高溫?cái)D出機(jī)熔融共混工藝，采用3D打印生產(chǎn)線，制備一種可用于3D打印的PVA/PLA復(fù)合材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，解決以PVA/PLA為基體樹(shù)脂的水溶性3D打印支撐材料研發(fā)與實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

(1)將PVA原料置于80~90℃恒溫干燥箱內(nèi)干燥1~2小時(shí)。

(2)按照以下組分配比配置實(shí)驗(yàn)材料：PVA 60%~70%，PLA 20%~30%，PBAT 2%~4%，潤(rùn)滑劑0.5%~1%、分散劑0.5%~1%。

（3）將上述實(shí)驗(yàn)原料置于高速混合機(jī)中充分混合1~2分鐘，得到混合均勻的實(shí)驗(yàn)料。

（4）將上述混合均勻的實(shí)驗(yàn)料通過(guò)單螺桿高溫?cái)D出機(jī)進(jìn)行擠出拉絲、收卷，得到可用于3D打印的PVA/PLA復(fù)合材料。

（5） 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明所述方法制備的可用于3D打印的PVA/PLA復(fù)合材料，主體使用材料為PVA與PLA，其中PVA可完全溶解于水，PLA在3D耗材領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，且具有生物可降解性，在自然環(huán)境下可完全降解，不污染環(huán)境。利用PBAT增塑、檸檬酸三乙酯和白油潤(rùn)滑后的PVA/PLA復(fù)合材料作為支撐材料打印鏤空或者中空制品時(shí)，該支撐材料可很容易地從成型零件上剝離，并且成型零件的外形也不會(huì)因支撐材料的剝離而損傷，從而達(dá)到美化表面效果，提高產(chǎn)品價(jià)值的作用。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所闡述的是一種水溶性3D打印支撐材料及其制備方法，以下通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明不僅限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例一

（1）將PVA-217原料置于80℃恒溫干燥箱內(nèi)干燥1小時(shí)。

(2)按照以下組分配比配置實(shí)驗(yàn)材料： PVA63%，PLA 2003D 33%，增塑劑PBAT 3%，檸檬酸三乙酯0.5%，輕質(zhì)碳酸鈣0.5%。

（3）將上述實(shí)驗(yàn)原料置于高速混合機(jī)中充分混合2分鐘，得到混合均勻的實(shí)驗(yàn)料,其中高混機(jī)的溫度設(shè)置為40℃，轉(zhuǎn)速為1600r/min

（4）將上述混合均勻的實(shí)驗(yàn)料通過(guò)單螺桿高溫?cái)D出機(jī)擠出拉絲，控制絲材直徑1.75mm,收卷，得到PVA/PLA復(fù)合材料，其中擠出機(jī)的3段溫度依次為182℃、193℃、188℃，機(jī)頭溫度為190℃，眼模溫度為191℃，機(jī)夾溫度為191℃。主機(jī)轉(zhuǎn)速為10.5赫茲,收卷速度為6.4赫茲。

（5）利用（4）所制得的PVA/PLA復(fù)合材料打印耗材進(jìn)行鏤空制件打印，打印過(guò)程流暢不堵頭，材料溶解充分，打印制件表面光滑，支撐結(jié)構(gòu)牢固，與模型粘結(jié)力好，利用常溫水將支撐材料溶解后所得表面無(wú)損傷，尺寸穩(wěn)定無(wú)變形，可完全達(dá)到3D打印支撐材料要求。

實(shí)施例二

(1)將PVA M-2000置于95℃恒溫干燥箱內(nèi)干燥1小時(shí)

(2)按照以下組分配比配置實(shí)驗(yàn)材料： PVA64%，PLA 4032D 32%，PBAT 2%，檸檬酸三乙酯1%、白油0.5%，輕質(zhì)碳酸鈣0.5%。

（3）將上述實(shí)驗(yàn)原料置于高速混合機(jī)中充分混合2.5分鐘，得到混合均勻的實(shí)驗(yàn)料,其中高混機(jī)的設(shè)置溫度為40℃，轉(zhuǎn)速為1800r/min

（4）將上述混合均勻的實(shí)驗(yàn)料通過(guò)單螺桿高溫?cái)D出機(jī)擠出拉絲，控制絲材直徑1.75mm,收卷，得到PVA/PLA復(fù)合材料，其中擠出機(jī)的3段溫度依次為184℃、194℃、188℃，機(jī)頭溫度為190℃，眼模溫度為191℃，機(jī)夾溫度為191℃。主機(jī)轉(zhuǎn)速為10.3赫茲,收卷速度為6.3赫茲。

（5）利用（4）所制得的水溶性3D打印支撐材料進(jìn)行鏤空制件打印，打印過(guò)程流暢，打印制件表面光滑，支撐結(jié)構(gòu)牢固，粘結(jié)力好，利用常溫水將支撐材料溶解后所得表面無(wú)損傷，尺寸穩(wěn)定無(wú)變形，可完全達(dá)到3D打印支撐材料要求。