本發明屬于增材制造相關技術領域，更具體地，涉及一種適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材及其制備方法。

背景技術：

熔融沉積(fusiondepositionmodeling，fdm)是一種增材制造技術，它通過計算機輔助設計，基于逐層疊加原理，將絲材通過噴頭加熱融化后從噴頭以一定的壓力擠噴出來成形三維實體零件。fdm技術相對傳統工藝，具有不需要模具、制備周期短和工藝過程進一步簡化、原材料利用率高、以及不受制件復雜結構的制約等優點，具有極為廣泛的應用前景。聚碳酸酯(polycarbonate，pc)是一種綜合性能優良的非晶型熱塑性樹脂，無色透明，具有很好的抗沖擊性能和耐蠕變性，抗拉、抗彎強度較高，收縮率低并有較高的伸長率和剛性，吸水性低，在普通使用溫度范圍內都有良好的機械性能，是一種廣泛使用的fdm材料。

高遮光pc材料是一種以pc樹脂為基材，通過添加一定比例的遮光粉助劑來反射光源的復合材料，其最大特點是：遮光、不透光、顏色為瓷白色。由于高遮光pc材料無色透明，故高遮光pc材料常用于光碟、插座、防彈玻璃、護目鏡、銀行防彈玻璃、車頭燈、航空運輸和電子設備安裝等。傳統制備高遮光pc材料制件采用粒料，通過模具模壓成形，該方法成形周期長，工藝繁瑣復雜，抗沖擊性能較低，成本較高。此外，現階段普遍采用填充大量的鈦白粉來實現pc材料的遮光，添加量超過18％，但是鈦白粉添加量的增多使材料的韌性、剛性等性能都急劇下降，無法滿足一些對韌性要求高的特殊零件的要求，且單純對鈦白粉進行改性以及添加一些助劑也難以滿足fdm技術對絲材的韌性、熔融溫度、粘度、機械性能等的要求。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材及其制備方法，基于現有高遮光pc材料的特點，針對適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材及其制備方法進行了研究及設計。所述的高遮光聚碳酸酯絲材及其制備方法的制作工藝簡單，降低了成本，同時通過降低鈦白粉含量、加入流動助劑，有利于絲材的fdm成形過程，有效提高了高遮光聚碳酸酯絲材在熔融沉積中的成型精度、綜合力學性能和抗沖擊性能等，降低了制件的脆性，極大地提高了高遮光聚碳酸酯絲材在fdm技術上的適用性。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法，其包括以下步驟：

(1)將聚碳酸酯粉末、鈦白粉、流動助劑、增韌劑、潤滑劑、抗氧化劑及紫外線吸收劑按照預定的質量百分比進行球磨以得到混合粉末；

(2)將所述混合粉末加熱至熔融狀態，以制備成高遮光聚碳酸酯絲材。

進一步地，所述鈦白粉的質量百分比為9～13％。

進一步地，所述聚碳酸酯粉末的質量百分比為49～78％；所述流動助劑的質量百分比為10～18％；所述增韌劑的質量百分比為2～13％；所述潤滑劑的質量百分比為0.1～1.0％；所述抗氧化劑的質量百分比為0.5～3.0％；所述紫外線吸收劑的質量百分比為0.5～3.0％。

進一步地，所述流動助劑為聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)中的一種或者幾種的組合。

進一步地，所述增韌劑為丙烯酸酯類橡膠共聚物(a-662r、a-663、a-664型增韌劑)和hhb-e009型增韌聚酯中的一種或者幾種的組合。

進一步地，所述潤滑劑為皂類、硬脂酸十八烷醇酯、褐煤蠟酸皂酯及石蠟中的一種或者幾種的組合。

進一步地，所述紫外線吸收劑為苯并三唑類(uv-5411)、2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2)-5-正己烷氧基苯酚(uv-1577)中的一種或者兩種的組合。

進一步地，所述抗氧化劑為亞磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧化劑168)和亞磷酸三苯酯(抗氧化劑tppi)中的一種或者兩種的組合。

進一步地，步驟(1)中，所述聚碳酸酯粉末、鈦白粉、流動助劑、增韌劑、潤滑劑、抗氧化劑及紫外線吸收劑按照預定的質量百分比被倒入球磨罐內，并向所述球磨罐內加入磨球，以進行球磨得到所述混合粉末；所述磨球的質量與高遮光聚碳酸酯絲材的組成成分質量之和的比值為0.3～0.8。

按照本發明的另一方面，提供了一種適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材，所述高遮光聚碳酸酯絲材是采用如上所述的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法制備成的。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，本發明提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材及其制備方法主要具有以下有益效果：

1.高遮光聚碳酸酯絲材的組成成分中添加了流動助劑，所述流動助劑有利于絲材的熔融沉積過程，有效提高了高遮光聚碳酸酯絲材在熔融沉積中的成型精度、綜合力學性能和抗沖擊性能等，極大地提高了高遮光聚碳酸酯絲材的韌性；

2.所述鈦白粉的質量百分比為9～13％，小于傳統工藝中的鈦白粉的質量百分比，在滿足遮光效果的情況下，提高了高遮光聚碳酸酯絲材的韌性及抗沖擊性能；

3.高遮光pc絲材粉末制備時使用球磨混合，既保證了各組成成分均勻，同時降低了制備成本，操作工藝簡單，根據fdm對成型材料的粘度、熔融粘度和機械性能等要求，利用fdm技術用絲材成形零部件也極大的縮短產品研發周期及制作成本；

4.制備的高遮光pc絲材在保證絲材的無色透明及良好機械性能的情況下，可用于fdm技術成形具有復雜結構的零件，最終成形的絲材遮光率效果好，能滿足醫學領域膠管等器皿、led燈罩和航空運輸和電子設備安裝等遮光pc制件的要求，適用范圍較廣。

附圖說明

圖1是本發明較佳實施方式提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法的流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

請參閱圖1，本發明較佳實施方式提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸脂絲材的制備方法，所述制備方法主要包括以下步驟：

步驟一，將聚碳酸酯粉末、鈦白粉、流動助劑、增韌劑、潤滑劑、抗氧化劑及紫外線吸收劑按照預定的質量百分比進行球磨以得到混合粉末。具體地，將所述聚碳酸酯粉末、所述鈦白粉、所述流動助劑、所述增韌劑、所述潤滑劑、所述抗氧化劑及所述紫外線吸收劑按照預定的質量百分比稱取并倒入球磨罐內，再向所述球磨罐內加入定量的磨球，以進行球磨得到分散均勻的混合粉末。本實施方式中，所述聚碳酸酯粉末的質量百分比為49～78％；所述鈦白粉的質量百分比為9～13％；所述流動助劑的質量百分比為10～18％；所述增韌劑的質量百分比為2～13％；所述潤滑劑的質量百分比為0.1～1.0％；所述抗氧化劑的質量百分比為0.5～3.0％；所述紫外線吸收劑的質量百分比為0.5～3.0％。

所述流動助劑為聚對苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)材料中的一種或者幾種的組合，其用于改善絲材在fdm加工過程中材料的粘度及熔融過程中的拉絲成形。所述鈦白粉的質量百分比小于傳統的18％，其用于改善絲材的熱性和抗沖擊性能。所述抗氧化劑為亞磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧化劑168)和亞磷酸三苯酯(抗氧化劑tppi)中的一種或者兩種的組合，其不僅使得絲材具有抗氧化特點，還能夠提高絲材熱加工過程中的熱穩定性。所述增韌劑為丙烯酸酯類橡膠共聚物(a-662r、a-663、a-664型增韌劑)和hhb-e009型增韌聚酯中的一種或者幾種的組合，其可以降低脆性，增大韌性，提高絲材的強度及加工性。所述潤滑劑為皂類、硬脂酸十八烷醇酯、褐煤蠟酸皂酯及石蠟材料中的一種或者幾種的組合，其可以降低材料組分之間及材料與單螺桿擠出機接觸面之間的摩擦力，從而降低熔體的流動阻力及熔體粘度，提高了熔體的流動性。所述紫外線吸收劑為苯并三唑類(uv-5411)、2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2)-5-正己烷氧基苯酚(uv-1577)中的一種或者兩種的組合，其能夠強烈吸收紫外線，且化學穩定性好，價格低廉。

本實施方式采用球磨的方法將絲材的各組分進行均勻混合，其中磨球的質量與高遮光聚碳酸酯粉末的質量(高遮光聚碳酸酯絲材的組成成分的質量之和)的比值為0.3～0.8，球磨轉速為150～300r/min，球磨時間為120～240min。

步驟二，將所述混合粉末加熱至熔融狀態，以制備成高遮光聚碳酸酯絲材。具體地，將所述混合粉末加熱至熔融狀態后，通過單螺桿擠出機控制最終絲材出口的孔徑，以得到高遮光聚碳酸酯絲材；絲材加工參數：固體輸送區的溫度為120～170℃；塑化區溫度為190～290℃；料筒真空度為0.07～0.10mpa；輸出區溫度為160～270℃；螺桿轉速為18～35r/min。本實施方式中，所述單螺桿擠出機控制的高遮光聚碳酸酯絲材的直徑為1.7mm～3mm。

以下以幾個實施例來對本發明提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法做進一步的說明。

實施例1

實施例1提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法包括以下步驟：

(11)高遮光pc粉末的制備：分別稱取780gpc粉末、90g鈦白粉、100gpbt流動助劑、20ga-662r的增韌劑、1g硬脂酸十八烷醇酯和石蠟的混合潤滑劑、5g抗氧化劑168及5guv-5411型的紫外線吸收劑來共制備成1000g復合粉末，再將所述復合粉末倒入球磨罐內，并向所述球磨罐中加入800g磨球，在球磨機上以200r/min的轉速球磨120min以得到分散均勻的混合粉末。

(12)絲材成形：將步驟(11)所得到的所述混合粉末加熱至熔融狀態后通過單螺桿擠出機以固體輸送區溫度為120℃、塑化區溫度為210℃、料筒真空度為0.07mpa、輸出區溫度為160℃、螺桿轉速為18r/min的加工參數來控制最終絲材出口的孔徑，得到直徑為2mm的高遮光聚碳酸酯絲材。

實施例2

實施例2提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法包括以下步驟：

(21)高遮光pc粉末的制備：分別稱取700gpc粉末、120g鈦白粉、120gpet流動助劑、40ghhb-e009型增韌聚酯的增韌劑、5g褐煤蠟酸皂酯潤滑劑、10g抗氧化劑tppi及5guv-1577型的紫外線吸收劑，以制備成1000g復合粉末，再將所述復合粉末倒入球磨罐內，并向所述球磨罐中加入700g磨球，在球磨機上以轉速150r/min球磨240min以得到分散均勻的混合粉末。

(22)絲材成形：將步驟(21)獲得的所述混合粉末加熱至熔融狀態后通過單螺桿擠出機以固體輸送區溫度為130℃、塑化區溫度為220℃、料筒真空度為0.08mpa、輸出區溫度為250℃、螺桿轉速為30r/min的加工參數控制最終絲材出口的孔徑，得到直徑為1.8mm的高遮光聚碳酸酯絲材。

實施例3

實施例3提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法包括以下步驟：

(31)高遮光pc粉末的制備：分別稱取660gpc粉末、120g鈦白粉、130gabs流動助劑、60ga-662r和a-663組成的增韌劑、3g石蠟潤滑劑、17g抗氧化劑168及10guv-5411型的紫外線吸收劑來制備成1000g復合粉末，再將所述復合粉末倒入球磨罐內，并向所述球磨罐中加入600g磨球，在球磨機上以轉速250r/min球磨200min以得到分散均勻的混合粉末。

(32)絲材成形：將步驟(31)所得到的所述混合粉末加熱至熔融狀態后通過單螺桿擠出機以固體輸送區溫度為140℃、塑化區溫度為240℃、料筒真空度為0.09mpa、輸出區溫度為230℃、螺桿轉速為120r/min的加工參數控制最終絲材出口的孔徑，得到直徑為2mm的高遮光聚碳酸酯絲材。

實施例4

實施例4提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法包括以下步驟：

(41)高遮光pc粉末的制備：分別稱取605gpc粉末、110g鈦白粉、140gpet和abs流動助劑、110ga-663和a-664組成的增韌劑、5g褐煤蠟酸皂酯和石蠟的混合潤滑劑、10g抗氧化劑tppi及20guv-1577型的紫外線吸收劑來制備成1000g的復合粉末，再將所述復合粉末倒入球磨罐內，并向所述球磨罐中加入500g磨球，在球磨機上以轉速280r/min球磨150min以得到分散均勻的混合粉末。

(42)絲材成形：將步驟(41)獲得的所述混合粉末加熱至熔融狀態后通過單螺桿擠出機以固體輸送區溫度為135℃、塑化區溫度為245℃、料筒真空度為0.08mpa、輸出區溫度為235℃、螺桿轉速為30r/min的加工參數控制最終絲材出口的孔徑，得到直徑為3mm的高遮光pc絲材。

實施例5

實施例5提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法包括以下步驟：

(51)高遮光pc粉末的制備：分別稱取560gpc粉末、110g鈦白粉、160gpbt和pet流動助劑、120ghhb-e009型增韌聚酯的增韌劑、6g硬脂酸十八烷醇酯和石蠟的混合潤滑劑、20g抗氧化劑168和抗氧化劑tppi及25guv-5411型的紫外線吸收劑來制備成1000g復合粉末，再將所述復合粉末倒入球磨罐內，并向所述球磨罐中加入400g磨球，在球磨機上以轉速200r/min球磨200min以得到分散均勻的混合粉末。

(52)絲材成形：將步驟(51)獲得的所述混合粉末加熱至熔融狀態后通過單螺桿擠出機以固體輸送區溫度為150℃、塑化區溫度為260℃、料筒真空度為0.09mpa、輸出區溫度為240℃、螺桿轉速為25r/min的加工參數控制最終絲材出口的孔徑，得到直徑為1.8mm的高遮光pc絲材。

實施例6

實施例6提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法包括以下步驟：

(61)高遮光pc粉末的制備：分別稱取490gpc粉末、130g鈦白粉、180gpbt和abs流動助劑、130ga-664的增韌劑、10g硬脂酸十八烷醇酯和褐煤蠟酸皂酯的混合潤滑劑、30g的抗氧化劑168及30guv-1577型和uv-5411型的混合紫外線吸收劑來制備成1000g復合粉末，再將所述復合粉末倒入球磨罐內，并向所述球磨罐中加入400g磨球，在球磨機上以轉速300r/min球磨120min以得到分散均勻的混合粉末。

(62)絲材成形：將步驟(61)獲得的所述混合粉末加熱至熔融狀態后通過單螺桿擠出機以固體輸送區溫度為170℃、塑化區溫度為290℃、料筒真空度為0.10mpa、輸出區溫度為270℃、螺桿轉速為35r/min的加工參數控制最終絲材出口的孔徑，得到直徑為2mm的高遮光聚碳酸酯絲材。

本發明還提供了一種適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材，所述高遮光聚碳酸酯絲材是采用如上所述的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材的制備方法制備而成的。

本發明提供的適用于熔融沉積的高遮光聚碳酸酯絲材及其制備方法，其組成成分中添加了流動助劑，所述流動助劑有利于絲材的熔融沉積過程，有效提高了高遮光聚碳酸酯絲材在熔融沉積中的成型精度、綜合力學性能和抗沖擊性能等，極大地提高了高遮光聚碳酸酯絲材的韌性。此外，所述鈦白粉的質量百分比為9～13％，小于傳統工藝中的鈦白粉的質量百分比，在滿足遮光效果的情況下，提高了高遮光聚碳酸酯絲材的韌性及抗沖擊性能。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。