本發明涉及含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料及其應用，屬于高分子材料加工領域。

背景技術：

3D打印技術，即快速成型(RP)技術，它是以計算機三維設計模型為藍本，運用金屬粉末、陶瓷粉末、聚合物粉末材料通過逐層打印、疊加成型得到產品的一種新型加工成型技術。3D打印技術包括光固化成型技術(Stereo lithography Apparatus)、分層實體制造技術(Laminated Object Manufacturing)、選擇性激光燒技術(Selective Laser Sintering)和熔融沉積成型技術(Fused Deposition Manufacturing)。

選擇性激光燒結工藝是應用最為廣泛的3D打印技術。選擇性激光燒結思想由美國得克薩斯大學澳斯汀分校的C.R.Dechard于1986年提出，并于1989年成功研制出選擇性激光燒結工藝。該工藝是發展最快、最為成功且已經商業化的3D打印方法，采用該技術不僅可以制造出精確的模型和原形，還可以成形具有可靠結構的金屬零件作為直接功能件使用。選擇性激光燒結技術具有諸多優點，如粉末選材廣泛、適用性廣、制造工藝比較簡單、成形精度高、無需支撐結構、可直接燒結零件，因此在現代制造業中受到越來越廣泛的重視。

目前能夠用于選擇性激光燒結的高分子材料十分有限，主要是尼龍聚合物，其他聚合物材料應用較少。特別是低結晶聚合物材料或非晶聚合物材料，例如聚氨酯彈性體、聚苯乙烯，其在熔融或呈粘流態時，粘度很大，粉末顆粒之間融合差，導致制品孔隙率高，力學強度低，大大限制了這些材料在3D打印上的運用。

技術實現要素：

本明的目的是針對現有技術的不足而開發的一種用于3D打印含聚多巴胺的聚合物復合材料，其特點是聚多巴胺粒子具有優異的光熱效應，在3D打印過程中，可以吸收激光能量并產生大量熱量，迅速提升激光燒結區域的溫度，降低聚合物熔體粘度，從而促進聚合物粉末的融合，提高3D打印制品的密度及力學強度。

本發明的目的由以下技術措施實現，其中所述原料份數除特殊說明外，均為重量份數。

含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料，由以下組分按照重量份數組成：

聚合物100份；

聚多巴胺粒子0.0001～50份。

所述聚合物為聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、熱塑性聚氨酯彈性體、尼龍6、尼龍11、尼龍12、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚乳酸、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物及聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4環己烷二甲醇酯中的一種或多種混合物粉末。

所述聚多巴胺粒子的尺寸為10nm～100μm，優選30～200nm。

通過機械共混、熔融共混、乳液共混、溶液共混等方法混合聚合物粉末與聚多巴胺粒子制備得到含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

聚多巴胺粒子在含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料中均勻分散或呈三維網絡分散。

該含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料應用于3D打印，特別是選擇性激光燒結3D打印技術。

本發明提供的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料及其應用，具有以下優點：

1、在3D打印過程中，特別使對于熔體粘度較高的聚合物，聚多巴胺能有效吸收激光能量并轉化為熱能，促使燒結區域的聚合物進一步升溫，降低熔體粘度，使聚合物粉末充分融合，而對于非燒結區域無影響；

2、常規的填料加入聚合物基體一半是提高體系粘度和模量，而聚多巴胺的效果剛好相反，能有效降低體系粘度，改善聚合物加工性能；

3、制備工藝簡單。聚多巴胺在常溫下即可制得，與聚合物的復合工藝均為常見聚合物加工工藝，過程中基本不涉及有毒有害氣體液體的排放。

附圖說明

圖1為實施例1的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料斷面結構照片；

圖2為實施例18的3D打印實物圖照片。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行具體的描述，有必要再此指出的是本實施例只用于對本發明進行的進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員可以根據上述發明的內容作出一些非本質的改進和調整。

實施例1

將100份聚氨酯彈性體粉末與0.0001份聚多巴胺通過熔融擠出混合均勻，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例2

將100份聚氨酯彈性體粉末與0.1份聚多巴胺通過熔融擠出混合均勻，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例3

將100份聚氨酯彈性體粉末與1份聚多巴胺通過熔融擠出混合均勻，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例4

將100份聚氨酯彈性體粉末與2份聚多巴胺通過熔融擠出混合均勻，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例5

將100份聚乙烯粉末與5份聚多巴胺通過機械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例6

將100份高密度聚乙烯粉末與10份聚多巴胺通過機械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例7

將100份高密度聚丙烯粉末與20份聚多巴胺通過機械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例8

將100份聚苯乙烯粉末與30份聚多巴胺通過機械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例9

將100份聚氨酯粉末與40份聚多巴胺通過機械混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例9

將100份聚氨酯粉末與50份聚多巴胺通過乳液混合，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例10

將100份尼龍6粉末與1份聚多巴胺通過溶液共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例11

將100份尼龍11粉末與1份聚多巴胺通過溶液共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例12

將100份尼龍12粉末與1份聚多巴胺通過溶液共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例13

將100份聚醚醚酮粉末與1份聚多巴胺通過熔融共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例14

將100份聚碳酸酯粉末與1份聚多巴胺通過熔融共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例15

將100份聚乳酸粉末與1份聚多巴胺通過熔融共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例16

將100份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物粉末與1份聚多巴胺通過熔融共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

實施例17

將100份聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4環己烷二甲醇酯粉末與1份聚多巴胺通過機械共混，得到用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料。

性能測試：

實施例1所得的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料斷面結構照片如圖1所示。

力學強度測試：將應用實施例1～4得到的制品進行力學拉伸試驗，測試其楊氏模量、屈服強度、拉伸強度和斷裂伸長率，結果如表1所示。

表1.應用實施例1所得制品力學性能

結果表明：聚多巴胺粒子的引入能夠有效促進聚合物粉末對激光的吸收，從而促使熔體粘度降低，促進了粉末顆粒之間的融合，提高了力學強度。

實施例18

將實施例1～4制得的用于3D打印的含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料通過冷凍粉碎制成粉末、將復合材料鋪在3D打印機的工作臺上，設定激光功率為40w，燒結溫度為80℃，鋪粉厚度為0.15mm。

激光在計算機程序的控制下，根據三維CAD模型文件沿垂直方向設定的層厚進行分層切片的截面數據，有選擇地對所述含聚多巴胺粒子的聚合物復合材料粉末進行掃描、燒結。燒結時，聚多巴胺粒子吸收激光光能并轉化為熱能致使聚合物進一步熔融升溫，體系粘度大大降低，使得聚合物粉末能夠充分融合。一層燒結完成后，工作缸下降設定的高度，再進行下一層的鋪粉和燒結，并與前一層粘合，如此反復加工成型。所得產品如圖2所示。