CN105295322A - 一种fdm用温敏变色材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种FDM用温敏变色材料，其中各组分按照重量份配比为：热塑性树脂10～90份，温敏变色粉体5～90份，偶联剂0.1～5份，抗氧化剂0.01～3份，脱模剂0.05～2份。上述材料的制备方法，包括以下步骤：变色粉体在50～200℃搅拌并烘干，之后将偶联剂按设定配比与干燥后的变色粉体在高混机内搅拌并加热活化，搅拌时间为5～30分钟，搅拌温度为40～80℃；依次加入设定比例的抗氧化剂，脱模剂和热塑性树脂，并在高混机中混合均匀，搅拌时间为20～60分钟；将共混后的粉料置于双螺杆密炼机中密炼，密炼15～30分钟，并通过挤出机挤出为圆柱形丝状材料，即制得FDM用温敏变色材料。本发明产品随温度变化，可以实现多重颜色之间可逆变化，实现打印产品颜色随温度变化而变化。

Description

一种FDM用温敏变色材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于三维打印机的打印材料，具体涉及一种FDM用温敏变色材料及其制备方法。

背景技术

由于熔融堆积成型方式(FDM)技术适应和满足了现代先进制造业快速发展、产品研发周期急剧缩短的需求，使得FDM的发展十分迅速，成为近年来制造业最为热门的研究与开发课题之一。目前，FDM技术已广泛应用于航空航天、工艺品、装饰品、机械制造、艺术品和建筑等行业，并取得显著的经济效益。

目前FDM用的材料主要为透明、琥珀色等浅色系，可通过加入着色剂，丰富FDM材料颜色。如申请号为201510042284.5的中国专利文献公开了一种用于三维打印机的低熔点树脂材料及两种制造方法，主要是将石油基树脂、生物树脂、脱模剂、着色剂等通过双螺杆挤出机进行熔融混炼后挤出为圆柱形丝状材，可通过改变着色剂颜色，制备不同颜色的FDM用低熔点树脂材料。但随着社会经济的高速发展和生活水平的不断提高，人们在追求外观形状和功能的同时，更注重产品多样性、功能性和个性化。温敏性变色的壁纸、涂料、日用品等产品以其独特的创意和温馨、个性化的设计风格，已获得广大青年消费者的青睐。如申请号为201410661051.9的中国专利文献公开了一种变色塑料杯，其杯体采用多层结构设计，里、外层之间增设的中间层为热敏变色层，该层可根据杯体中的水温自动变换出多种颜色，有效的丰富了塑料杯的外观性能，使塑料杯在使用时更具趣味性。因此，针对FDM技术开发一种温敏变色材料及其制备方法具有重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种FDM用温敏变色材料及其制备方法。这种材料打印制备的产品颜色随温度变化而变化。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种FDM用温敏变色材料，其中各组分按照重量份配比为：热塑性树脂10～90份，温敏变色粉体5～90份，偶联剂0.1～5份，抗氧化剂0.01～3份，脱模剂0.05～2份。

优选地，所述热塑性树脂为ABS、聚乳酸、人造橡胶、铸蜡中的一种或几种的混合物。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铬络合物偶联剂、锆偶联剂中的一种或几种的混合物。

优选地，所述脱模剂为乙烯蜡、聚丙烯蜡、米蜡、石蜡、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物。

优选地，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂、维生素E、类胡萝卜素、枸橼酸、乙二胺四乙酸、硫酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种的混合物。

优选地，所述温敏变色粉体属于热敏变色微胶囊。

优选地，所述变色粉可逆变色温度范围为0-250℃。

上述FDM用温敏变色材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)变色粉体表面处理：将5～90份的变色粉体在50～200℃搅拌并烘干，之后将0.1～5份的偶联剂与干燥后的变色粉体在高混机内搅拌并加热活化，其中偶联剂用于变色粉体表面改性，增加填料和聚合物之间的相容性，搅拌时间为5～30分钟，搅拌温度为40～80℃；

(2)原料共混：向表面处理后的变色粉体中依次加入0.01～3份的抗氧化剂、0.05～2份的脱模剂和10～90份的热塑性树脂，其中抗氧化剂防止塑性树脂氧化，脱模剂有利于聚合物挤出脱模，并在高混机中混合均匀，搅拌时间为20～60分钟；

(3)原料密炼：将共混后的粉料置于双螺杆密炼机中密炼，密炼15～30分钟，并通过挤出机挤出为圆柱形丝状材料，即制得FDM用温敏变色材料。

与现有技术相比，本发明存在以下有益效果：本发明使用的温敏变色材料中含有一种或多种温度特征的变色粉，随温度变化，可以实现多重颜色之间可逆变化，实现打印产品颜色随温度变化而变化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

首先将108.5克热敏变色粉在80℃搅拌并烘干，变色粉属于变色微胶囊，其中含有两种温度特征粉体，分别为变色温度为15℃(温度升高，红色变透明)和变色温度为60℃(温度升高，黄色变透明)，低温变色粉和高温变色粉重量比为2∶3；接下来将2.2克硅烷偶联剂与干燥后的变色粉体在高混机内搅拌并加热活化，搅拌时间为10分钟，搅拌温度为60℃；再向表面处理后的变色粉体中依次加入10.8克乙二胺四乙酸抗氧剂、10.8克聚硬脂酸钙和867.8克人造橡胶，并在高混机中混合均匀，搅拌时间为30分钟；最后将共混后的粉料置于双螺杆密炼机中密炼，密炼20分钟，并通过挤出机挤出为圆柱形丝状材料，即制得FDM用温敏变色材料。

以本实施例产品为原料，通过FDM打印的样品在15℃以下，颜色为红色和黄色的复合色，即橙红色；当温度高于15℃时，样品颜色中的红色变成无色，样品整体显变成黄色；温度继续升高到60℃以上时，样品颜色变为无色；逐渐降低温度，样品颜色依次是无色-黄色-橙红色。如此，样品的颜色随温度可逆变化。

实施例2：

首先将4281.6克热敏变色粉在200℃搅拌并烘干，变色粉属于变色微胶囊，随温度升高，其颜色由紫色变为透明，变色温度为250℃；接下来将4.8克钛酸酯偶联剂与干燥后的变色粉体在高混机内搅拌并加热活化，搅拌时间为5分钟，搅拌温度为80℃；再向表面处理后的变色粉体中依次加入142.7克维生素E抗氧剂，95.1克聚丙烯蜡脱模剂和475.7克聚乳酸树脂，并在高混机中混合均匀，搅拌时间为20分钟；最后将共混后的粉料置于双螺杆密炼机中密炼，密炼30分钟，并通过挤出机挤出为圆柱形丝状材料，即制得FDM用温敏变色材料。

以本实施例产品为原料，通过FDM打印的样品在250℃以下，颜色是紫色；当温度高于0℃时，样品颜色变成无色；温度再降到0℃以下，样品颜色又变回紫色。如此，样品的颜色随温度可逆变化。

实施例3：

首先将399.8克热敏变色粉在50℃搅拌并烘干，变色粉属于变色微胶囊，随温度升高，其颜色由红色变为蓝色，变色温度为0℃；接下来将399.8克锆偶联剂与干燥后的变色粉体在高混机内搅拌并加热活化，搅拌时间为30分钟，搅拌温度为40℃；再向表面处理后的变色粉体中依次加入0.8克枸橼酸抗氧剂，4克乙烯蜡脱模剂和7195.6克ABS树脂，并在高混机中混合均匀，搅拌时间为60分钟；最后将共混后的粉料置于双螺杆密炼机中密炼，密炼15分钟，并通过挤出机挤出为圆柱形丝状材料，即制得FDM用温敏变色材料。

以本实施例产品为原料，通过FDM打印的样品在0℃以下，颜色是红色；当温度高于0℃时，样品颜色变成蓝色；温度再降到0℃以下，样品颜色又变回红色。如此，样品的颜色随温度可逆变化。

Claims (8)

1.一种FDM用温敏变色材料，其特征在于：其中各组分按照重量份配比为：热塑性树脂10～90份，温敏变色粉体5～90份，偶联剂0.1～5份，抗氧化剂0.01～3份，脱模剂0.05～2份。

2.根据权利要求1所述的FDM用温敏变色材料，其特征在于：所述热塑性树脂为ABS、聚乳酸、人造橡胶、铸蜡中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的FDM用温敏变色材料，其特征在于：所述偶联剂用于填料表面改性，增加填料和聚合物之间的相容性，包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铬络合物偶联剂、锆偶联剂中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1所述的FDM用温敏变色材料，其特征在于：所述脱模剂有利于聚合物挤出脱模，包括乙烯蜡、聚丙烯蜡、米蜡、石蜡、硬脂酸钙中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述的FDM用温敏变色材料，其特征在于：所述抗氧化剂防止塑性树脂氧化，包括受阻酚类抗氧剂、维生素E、类胡萝卜素、枸橼酸、乙二胺四乙酸、硫酯类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的FDM用温敏变色材料，其特征在于：所述温敏变色粉体属于热敏变色微胶囊。

7.根据权利要求6所述的FDM用温敏变色材料，其特征在于：所述变色粉可逆变色温度范围为0-250℃。

8.一种权利要求1-7所述材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)变色粉体表面处理：将5～90份的变色粉体在50～200℃搅拌并烘干，之后将0.1～5份的偶联剂与干燥后的变色粉体在高混机内搅拌并加热活化，搅拌时间为5～30分钟，搅拌温度为40～80℃；

(2)原料共混：向表面处理后的变色粉体中依次加入0.01～3份的抗氧化剂、0.05～2份的脱模剂和10～90份的热塑性树脂，并在高混机中混合均匀，搅拌时间为20～60分钟：

(3)原料密炼：将共混后的粉料置于双螺杆密炼机中密炼，密炼15～30分钟，并通过挤出机挤出为圆柱形丝状材料，即制得FDM用温敏变色材料。