改型软性填料生产(改性塑料的主要方向及对3D打印用塑料的改性建议)

上一话中只是简单举例了一些新出现的应用于FDM技术中的改性塑料。现在结合改性塑料的主要方向与FDM技术的一些特点，简单给出一些FDM技术中材料的改性建议。先送上一张塑料金子塔，看看有哪些塑料是站在金字塔顶端的，当然越是站在顶端的塑料就越贵啦？

塑料金字塔

改性塑料颗粒

1.流动改性

不管是注塑成型还是FDM型3D打印，材料的熔体流动速率都是关键要素。较高的熔体流动速率在注塑中有利于充满模具，尤其是一些薄壁零件。较高的熔体流动速率也使材料应用于FDM技术时有利于在更低的温度下打印成型，以及使零件层与层之间更好地粘结。流动改性常见的做法是与流动性更好的树脂（这些树脂相对于要改性的树脂往往本身粘度低、分子量不高、有特殊的支化或分子呈环状结构）共混。有些塑料（如聚氯乙烯和一些粘度较高的聚酯类）可以加入增塑剂来降低熔化的温度和速度，其实也是增加了熔体的流动性，但是单纯增塑的结果往往使材料的软化温度过度降低，过多的增塑剂在塑料中也会慢慢迁移出来。如果只需对熔体流动性稍有增加即可，那么加入一点润滑剂类即可解决问题，但是润滑剂加入过多，也会产生类似增塑的问题，并且影响FDM打印时制件与底板的粘结。

PP是我们日常生活中常见的高流动性塑料

2.增韧改性

经典的增韧改性是在塑料中加入橡胶或热塑性弹性体提高塑料的抗冲击强度，只是加入较多橡胶或弹性体时，塑料原有的刚度、硬度、热变形温度等也会有大幅度下降。虽然目前也发现刚性粒子的增韧作用，但还只是出现在AS（苯乙烯-丙烯腈共聚物）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）等增韧PC（聚碳酸酯）的少数情况。FDM使用的聚乳酸材料，具有优异的打印效果，但是韧性以及耐热温度都很低。使用一般的热塑性弹性体增韧聚乳酸，往往不但使耐热温度变得更低，甚至使聚乳酸的熔融指数也下降很多，所以仅仅只是对聚乳酸进行常规的弹性体增韧并不是理想的选择。建议使用不同类型增韧剂的协同使用，或是整个配方体系中增韧、增加耐热温度及流动性同时进行。

著名品牌Kexcelled的增韧的PLA打印耗材

3.增强改性

增强改性最常见的手段是采用纤维来增强塑料的基体，用来增强的纤维包括玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、Kevlar纤维、晶须等。另外，在塑料分子结构中引入刚性基团或强极性基团或与强度更高的塑料共混，提高塑料的结晶程度、分子间的交联程度以及加入纳米级的填料也都可以对塑料基体进行增强。但是，就应用于FDM而言，尤其是桌面机，并不适合像常规挤出或注塑制品那样加入大量的纤维，因为加入较多的纤维（尤其是长纤维）不但使线材粗糙、容易断裂，还会堵塞打印机喷头。虽然也有不少人在研究长纤维复合材料的打印机，但是目前还没有成熟。想要通过提高结晶度的方式来提高强度的话，目前而言，直接在打印的过程中就提高结晶度并不容易，因为在打印机喷头出来的熔体冷却的短暂时间里，晶体并不能成长完善，甚至连最初的晶核都不能大量形成。所以除非塑料本身具有较高的结晶度、不高的熔点并且打印机具有热床和能提供适合塑料结晶温度的环境保温功能，否则，目前在打印的过程中提高结晶度就显得不切实际。FDM使用的是热塑性塑料，并不适合先对材料分子进行高程度的交联后再用于打印。因此提高结晶度和交联度的手段，最好是放在打印成型制品完成后对打印件的后处理上，而目前还没有好的方法在打印过程中完成。

尼龙是常见的用来增强的塑料

4.耐热改性

材料的耐热改性与增强改性往往有相同的趋势，增强的手段同时在增加耐热温度。这里也是建议使用短纤维或与其他矿物混用来改善耐热性，或者是在后处理时通过提高材料的交联或提高结晶材料的结晶度来实现耐热温度的提高。

被称为软黄金的碳纤维在塑料改性中也被大量运用

5.阻燃改性

常用聚合物都是可燃物，塑料的阻燃改性最重要的是添加以溴系阻燃剂为主的卤素阻燃剂，溴系阻燃剂具有很好的阻燃效果，但是往往在塑料燃烧时产生有毒甚至致癌的气体，而且并没有有效抑制燃烧产生的烟雾，因此很多国家都在积极寻找开发其替代品，尤其是欧盟国家的环保法规也在逐步对一些含溴阻燃剂进行限制。氢氧化镁、氢氧化铝等阻燃剂在塑料燃烧的高温时释放大量水汽而起到稀释可燃气体、降低温度的作用而阻燃，但是想要依靠这类填料来阻燃，需要添加很大的质量分数（有时甚至需要60%的加入量），这样大量的填充会使材料的其他性能下降严重，在成型FDM使用的线材时往往也不利，以及打印时也常不好避免打印喷头堵塞的问题。目前，在FDM用的材料里还很少有阻燃改性过的，毕竟3D打印材料的用量还并不大，而且阻燃的3D打印材料也存在各种限制和健康隐患。最终，阻燃改性的材料应用于3D打印显然还没到其真正的发展期，而且含卤素阻燃剂的阻燃材料最好还是不要经常用于办公环境。

我们日常的办公打印机当中用了大量的阻燃ABS和PS

☆各位小伙伴，本栏目以FDM材料为主的3D打印总体介绍到本话题就结束了。后续的话题将开始分别对各类聚合物材料做介绍，并穿插介绍一些3D打印的新消息。下期再会！