2024年1月23日发(作者：刘乐语)
PVC材料在3D打印领域的应用前瞻
刘南方
【摘 要】分析了PVC材料在3 D打印耗材领域的应用前景,并针对当前存在的问题提出了发展建议.
【期刊名称】《聚氯乙烯》
【年(卷),期】2019(047)004
【总页数】2页(P24-25)
【关键词】PVC材料;3D打印;应用
【作 者】刘南方
【作者单位】内蒙古中谷矿业有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯016100
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ325.3
3D打印的难点除了控制成型外，还主要在于材料方面，目前可供3D打印的耗材很少。PVC 3D打印耗材能够显著扩展3D打印产品的应用领域，比如家庭个人日用、实验室研发和工业制造等领域。目前,大部分PVC材料尚不能直接应用于3D打印，因此PVC行业应加大技术创新力度，积极研究PVC材料在3D打印方面的应用，拓展PVC下游应用领域。
1 降低PVC 3D打印耗材的成本
近些年，许多耗材厂家在低成本、耐用的塑料基础上开发出了一些优质的3D打印
耗材，但迄今为止，PVC材料却迟迟未在3D打印耗材领域大显身手。虽然已有PVC加工企业开发出了一些可用于3D打印的PVC材料，但是价格却一直居高不下。
目前，PVC 3D打印耗材价格昂贵，市场价为5万～10万元/t，而PVC树脂市场价仅为5 850～6 400元/t，因此，PVC 3D打印产品的成本甚至比传统的注塑产品或浇铸产品的成本还高，让下游客户望而却步。要推广PVC材料在3D打印领域的应用，首先得加大研发投入，优化PVC 3D打印耗材的配方和生产工艺，降低其生产成本。其次，在保证良好的力学性能、热稳定性能和流动性能的基础上，PVC 3D打印耗材还要体现出PVC材料的特点，如耐腐蚀、阻燃、耐溶剂等。
2 解决着色问题
为了美观，3D打印出的成品通常需要着色，这就要求PVC 3D打印耗材具有较好的着色性，不仅要求成品表面容易附着上喷涂的颜料，还要求PVC 3D打印耗材在熔融状态下可以在打印头中与颜料充分混合均匀，实现彩色打印。
着色剂一般分为染料和颜料2种，染料色彩艳丽，但其在PVC树脂中的迁移现象特别严重，所以并不常用染料来对PVC材料进行染色，多数用颜料。颜料的种类很多，通常根据其耐热性能、分散性能和着色力等性能来进行选择。
(1)耐热性能。
需要根据3D打印机的打印温度来选择耐热性能合适的颜料。打印温度高，可加速颜料的扩散速度，并提高颜料在PVC材料中的可溶性。由于颜料的耐热性能不同，着色效果也不同，须提前确认颜料晶型的转变温度，防止颜料因受热而发生晶型转变，导致颜色发生变化。此外，在一定温度下，颜料和PVC材料中的其他组分(如抗氧剂或催化剂残留物等)也可能发生反应，导致制品褪色，在选择颜料时要特别注意。
在3D打印的过程中，颜料本身受热也可能会发生化学变化。如某些偶氮类颜料的
耐热性能较差，受热会发生分解，生成相应的色酚和色基，使色相发生变化，彩度明显降低。另外，铁离子和锌离子会催化PVC降解，要尽量避免颜料中含有这些离子。还有，PVC受热分解会释放出HCl，使一些无机颜料发生化学反应而变色，因此选用的颜料还应具有一定的耐酸性。
(2)分散性能与着色力。
颜料的用量一般很少，因此其应具有良好的分散性能，分散不均将直接导致产品的鲜艳度和着色率降低。颜料在打印头中与熔融的PVC 3D打印耗材混合，混合时间较短，这就对颜料的分散性有很高的要求。一般颜料的分散性能越好，其比表面积就越大，着色力也越高。通常有机颜料在PVC材料中的分散性能比无机颜料好，而且有机颜料的色泽鲜艳度更好，所以尽量选择有机颜料。
3 解决透明性问题
PVC树脂受热分解脱HCl会生成多烯结构，从而变色，影响其透明性[1]。要保证3D打印产品的透明性，一方面可以选择白度高、杂质和“鱼眼”少的高透明性PVC树脂，另一方面可以选择高热稳定性的透明制品专用热稳定剂，如马来酸酯类和硫醇类有机锡稳定剂。
4 打印机耗材种类限制
现有的3D打印机绝大部分是使用线条状的树脂来进料的，而PVC材料的颗粒形态有粉末状、颗粒状、糊状等，要是各种形态的PVC材料都能作为3D打印耗材直接用于打印的话，就可以大大提高PVC材料在3D打印耗材领域应用的可能性。如果PVC加工企业有兴趣的话，可以研发直接使用PVC粉末来进行3D打印的新型机器，以促进PVC 3D打印耗材的应用。
5 市场因素
(1)市场较小。
由于3D打印的市场较小，PVC加工企业不太重视这一市场，面向PVC 3D打印
行业开发的产品少，现有产品的价格都过于昂贵。
(2)用户数量较少。
很多人不了解3D打印这一新技术，不知道3D打印能应用在哪些方面，因此3D打印的用户数量较少。
这两点相互影响，要解决这一问题，就需要上下游企业在市场营销方面加大投入，大力宣传3D打印，引导3D打印技术进入人们的日常生活，激发全民的使用热情，打开一个全新的市场。
6 结语
PVC 3D打印耗材目前尚未打开市场的主要原因还是价格太高，打消了消费者的购买欲望。此外，现有的彩色PVC 3D打印耗材的颜色比较单一，3D打印出的产品不够美观。如果能够像彩色打印机那样，颜料与熔融的PVC材料在打印头中能实时地混合，打印出彩色的产品，那么这无疑是PVC 3D打印耗材打开市场的一个重要因素。如果PVC加工企业能研制出PVC材料专用的3D打印机，那么PVC
3D打印耗材将更快地实现大规模应用。
[参考文献]
【相关文献】
[1] 林师沛.聚氯乙烯塑料配方设计指南[M].北京：化学工业出版社,2002.
2024年1月23日发(作者：刘乐语)
PVC材料在3D打印领域的应用前瞻
刘南方
【摘 要】分析了PVC材料在3 D打印耗材领域的应用前景,并针对当前存在的问题提出了发展建议.
【期刊名称】《聚氯乙烯》
【年(卷),期】2019(047)004
【总页数】2页(P24-25)
【关键词】PVC材料;3D打印;应用
【作 者】刘南方
【作者单位】内蒙古中谷矿业有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯016100
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ325.3
3D打印的难点除了控制成型外，还主要在于材料方面，目前可供3D打印的耗材很少。PVC 3D打印耗材能够显著扩展3D打印产品的应用领域，比如家庭个人日用、实验室研发和工业制造等领域。目前,大部分PVC材料尚不能直接应用于3D打印，因此PVC行业应加大技术创新力度，积极研究PVC材料在3D打印方面的应用，拓展PVC下游应用领域。
1 降低PVC 3D打印耗材的成本
近些年，许多耗材厂家在低成本、耐用的塑料基础上开发出了一些优质的3D打印
耗材，但迄今为止，PVC材料却迟迟未在3D打印耗材领域大显身手。虽然已有PVC加工企业开发出了一些可用于3D打印的PVC材料，但是价格却一直居高不下。
目前，PVC 3D打印耗材价格昂贵，市场价为5万～10万元/t，而PVC树脂市场价仅为5 850～6 400元/t，因此，PVC 3D打印产品的成本甚至比传统的注塑产品或浇铸产品的成本还高，让下游客户望而却步。要推广PVC材料在3D打印领域的应用，首先得加大研发投入，优化PVC 3D打印耗材的配方和生产工艺，降低其生产成本。其次，在保证良好的力学性能、热稳定性能和流动性能的基础上，PVC 3D打印耗材还要体现出PVC材料的特点，如耐腐蚀、阻燃、耐溶剂等。
2 解决着色问题
为了美观，3D打印出的成品通常需要着色，这就要求PVC 3D打印耗材具有较好的着色性，不仅要求成品表面容易附着上喷涂的颜料，还要求PVC 3D打印耗材在熔融状态下可以在打印头中与颜料充分混合均匀，实现彩色打印。
着色剂一般分为染料和颜料2种，染料色彩艳丽，但其在PVC树脂中的迁移现象特别严重，所以并不常用染料来对PVC材料进行染色，多数用颜料。颜料的种类很多，通常根据其耐热性能、分散性能和着色力等性能来进行选择。
(1)耐热性能。
需要根据3D打印机的打印温度来选择耐热性能合适的颜料。打印温度高，可加速颜料的扩散速度，并提高颜料在PVC材料中的可溶性。由于颜料的耐热性能不同，着色效果也不同，须提前确认颜料晶型的转变温度，防止颜料因受热而发生晶型转变，导致颜色发生变化。此外，在一定温度下，颜料和PVC材料中的其他组分(如抗氧剂或催化剂残留物等)也可能发生反应，导致制品褪色，在选择颜料时要特别注意。
在3D打印的过程中，颜料本身受热也可能会发生化学变化。如某些偶氮类颜料的
耐热性能较差，受热会发生分解，生成相应的色酚和色基，使色相发生变化，彩度明显降低。另外，铁离子和锌离子会催化PVC降解，要尽量避免颜料中含有这些离子。还有，PVC受热分解会释放出HCl，使一些无机颜料发生化学反应而变色，因此选用的颜料还应具有一定的耐酸性。
(2)分散性能与着色力。
颜料的用量一般很少，因此其应具有良好的分散性能，分散不均将直接导致产品的鲜艳度和着色率降低。颜料在打印头中与熔融的PVC 3D打印耗材混合，混合时间较短，这就对颜料的分散性有很高的要求。一般颜料的分散性能越好，其比表面积就越大，着色力也越高。通常有机颜料在PVC材料中的分散性能比无机颜料好，而且有机颜料的色泽鲜艳度更好，所以尽量选择有机颜料。
3 解决透明性问题
PVC树脂受热分解脱HCl会生成多烯结构，从而变色，影响其透明性[1]。要保证3D打印产品的透明性，一方面可以选择白度高、杂质和“鱼眼”少的高透明性PVC树脂，另一方面可以选择高热稳定性的透明制品专用热稳定剂，如马来酸酯类和硫醇类有机锡稳定剂。
4 打印机耗材种类限制
现有的3D打印机绝大部分是使用线条状的树脂来进料的，而PVC材料的颗粒形态有粉末状、颗粒状、糊状等，要是各种形态的PVC材料都能作为3D打印耗材直接用于打印的话，就可以大大提高PVC材料在3D打印耗材领域应用的可能性。如果PVC加工企业有兴趣的话，可以研发直接使用PVC粉末来进行3D打印的新型机器，以促进PVC 3D打印耗材的应用。
5 市场因素
(1)市场较小。
由于3D打印的市场较小，PVC加工企业不太重视这一市场，面向PVC 3D打印
行业开发的产品少，现有产品的价格都过于昂贵。
(2)用户数量较少。
很多人不了解3D打印这一新技术，不知道3D打印能应用在哪些方面，因此3D打印的用户数量较少。
这两点相互影响，要解决这一问题，就需要上下游企业在市场营销方面加大投入，大力宣传3D打印，引导3D打印技术进入人们的日常生活，激发全民的使用热情，打开一个全新的市场。
6 结语
PVC 3D打印耗材目前尚未打开市场的主要原因还是价格太高，打消了消费者的购买欲望。此外，现有的彩色PVC 3D打印耗材的颜色比较单一，3D打印出的产品不够美观。如果能够像彩色打印机那样，颜料与熔融的PVC材料在打印头中能实时地混合，打印出彩色的产品，那么这无疑是PVC 3D打印耗材打开市场的一个重要因素。如果PVC加工企业能研制出PVC材料专用的3D打印机，那么PVC
3D打印耗材将更快地实现大规模应用。
[参考文献]
【相关文献】
[1] 林师沛.聚氯乙烯塑料配方设计指南[M].北京：化学工业出版社,2002.