一種用于3d打印的abs快速成型材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)粉末的混配材料，尤其涉及 一種含納米碳化硅晶須和聚酰亞胺纖維的用于3D打印的ABS快速成型材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 快速成型(RP)技術(shù)是九十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是為制造業(yè)企業(yè)新 產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵共性技術(shù)，對促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn) 品競爭力有積極的推動作用?？焖俪尚筒牧弦话惆üこ滔灐⒐こ趟芰稀⑻沾煞?、金屬粉、砂 等，其中最為常用的是工程塑料。在工程塑料中一般采用聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、尼 龍66和聚碳酸酯作為基本材料，但這些材料存在成型周期長、容易脆斷、耐熱性差以及在干 態(tài)和低溫時抗沖擊能力差等問題，不太適合單獨(dú)應(yīng)用于快速成型技術(shù)。
[0003] ABS樹脂是五大合成樹脂之一，其具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特 點(diǎn)，容易涂裝、著色，還可以進(jìn)行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應(yīng) 用于機(jī)械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱塑性工 程塑料。但ABS樹脂存在韌性小，熱變形溫度低，可燃，耐候性較差等缺點(diǎn)，使其制造出的成 型材料存在力學(xué)性能不強(qiáng)，熱穩(wěn)定性差，可燃，耐候性差等缺陷，不能得到廣泛的應(yīng)用，使其 在各個領(lǐng)域的應(yīng)用受到了限制。
[0004] 中國專利公開號CN103214738 A公開了一種快速成型材料及其制備方法。該方法 利用納米纖維素與工程塑料共混得到改性的快速成型材料，此快速成型材料制備工藝簡 單、易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化;并且該材料成型周期短、熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高。但是未能提高ABS材 料的熱變形溫度、耐候性差的缺陷。
[0005] 中國專利公開號CN101597425 A公開了一種基于聚碳酸酯粉末的激光燒結(jié)快速成 型材料。其發(fā)明的激光燒結(jié)快速成型材料可以較好的解決燒結(jié)件的翹曲變形問題，并且在 燒結(jié)件的力學(xué)性能方面得到很大改善，在快速制作薄壁零件、精密零件、復(fù)雜零件和耐高、 低溫零件方面具有很大的優(yōu)勢。
[0006] 中國專利公開號CN104072935 A公開了一種用于3D打印的ABS材料及其制造工藝。 通過具有不同橡膠粒徑的本體ABS的混合集配，加入玻璃纖維等，實(shí)現(xiàn)了對ABS樹脂的增強(qiáng) 增韌，使其可以更好的用于3D打印。其提供的ABS材料可用于制備三維打印熔融沉積快速成 型的打印材料，但該材料在力學(xué)性能及熱變形溫度上還需要提高才能達(dá)到更加廣泛的應(yīng) 用。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的快速打印，將其制備成粉末狀將 會極大地提升打印效果，但難以增強(qiáng)。因此希望提供一種力學(xué)性能強(qiáng)、阻燃性好、熱穩(wěn)定性 好、耐候性強(qiáng)的ABS快速成型材料來滿足市場需求，使其能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對上述缺陷，本發(fā)明提出一種粉狀丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)3D打印 材料，為了改善韌性小、熱變形溫度低、可燃及耐候性較差等缺點(diǎn)，本發(fā)明通過納米碳化硅 晶須和聚酰亞胺纖維混合物進(jìn)行改性，使ABS力學(xué)性能強(qiáng)，熱變形溫度高，耐候性好，且具有 阻燃性。進(jìn)一步提供該快速成型材料的制備方法，利用錐形雙螺桿擠出機(jī)、球磨機(jī)和犁刀式 混合機(jī)來制備ABS快速成型材料。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案： 一種用于3D打印的ABS快速成型材料，其特征在于包含納米碳化硅晶須和聚酰亞胺纖 維組成的增強(qiáng)劑，由以下原料按重量份制備而成： ABS樹脂 100份 增強(qiáng)劑 1~10份 無機(jī)填料 1~10份 阻燃劑 0.1~1份 熱穩(wěn)定劑 0.1~1份 抗氧劑 0.1~1份 偶聯(lián)劑 0.1~1份 流平劑 0.1~1份 所述的ABS樹脂為粒徑在100um~300um的均勾粉末狀固體;所述的增強(qiáng)劑為納米碳化 硅晶須和聚酰亞胺纖維以重量比為2:1混合而成，直徑為10nm~lOOnm，長徑比大于20:1;所 述的阻燃劑為粒徑在50nm~200nm得聚四氟乙烯超細(xì)粉體;所述用于3D打印的ABS快速成型 材料，有如下方法制備而得： 1) 按重量份，將已干燥的ABS樹脂100份、增強(qiáng)劑1~10份、熱穩(wěn)定劑0.1~1份、無機(jī)填料 1~10份、偶聯(lián)劑0.1~1份混合均勻投放進(jìn)錐形雙螺桿擠出機(jī)，在160~220°C條件下進(jìn)行熔 融，擠出造粒，擠出機(jī)的螺桿長徑比L/D為18~22之間，壓縮比為（2.5~3.0):1，料筒溫度 為:料斗部160~180°C，料筒前部180~220°C，模頭溫度185~195°C，模具溫度180~200°C， 螺桿轉(zhuǎn)速為120~180r/min; 2) 將步驟1)得到的粒料冷卻后用球磨機(jī)粉碎，在40~100目的篩網(wǎng)中進(jìn)行篩分得到中 間料； 3 )按重量份，在65°C~85°C，將步驟2 )得到的中間料、阻燃劑0.1~1份、抗氧劑0.1~1 份、流平劑0.1~1份加入犁刀式混合機(jī)中，以l〇〇r/min~150r/min混合30min后混合均勾； 4)將步驟3)得到的物料加入到真空干燥箱中，在60°C條件下，干燥2~5h后得到ABS快 速成型材料。
[0010]所述的無機(jī)填料為粒徑在10um~30um的碳酸|丐、滑石粉、云母粉、高嶺土、實(shí)心玻 璃微珠中的一種或幾種。
[0011] 所述的熱穩(wěn)定劑為粉末狀鈣一鋅復(fù)合穩(wěn)定劑，其鈣鹽與鋅鹽的重量比為1:1。
[0012] 所述的抗氧劑為復(fù)合抗氧劑，由主抗氧劑和輔助抗氧劑組成，主抗氧劑為β-( 3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸十八碳醇酯，輔助抗氧劑為亞磷酸二苯辛酯，主抗氧劑與輔助 抗氧劑的重量組成比例為3:1。
[0013] 所述的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基）丙基 三甲氧基硅烷，Ν-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，Ν-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二 甲氧基硅烷中的一種或幾種。
[0014] 所述的流平劑為液態(tài)丙烯酸樹脂、脲醛樹脂、聚二甲基硅氧烷中的一種或幾種。
[0015] 本發(fā)明針對粉末狀A(yù)BS樹脂用于23D打印時韌性小、強(qiáng)度低、可燃及耐候性較差等 缺點(diǎn)進(jìn)行改性，加入的增強(qiáng)劑碳化硅晶須是一種力學(xué)性能強(qiáng)的單晶纖維，它具有抗高溫性 能，納米碳化硅晶須和聚酰亞胺纖維混合物能夠明顯提高粉狀A(yù)BS材料的力學(xué)強(qiáng)度，加入無 機(jī)填料使ABS材料粒度更加均勻，耐熱性更強(qiáng)，加入抗氧劑和熱穩(wěn)定劑能夠增強(qiáng)ABS材料的 耐候性及熱穩(wěn)定性，加入阻燃劑使ABS材料具有良好的耐火性能，經(jīng)過篩分后得到粒度均勻 的ABS材料在快速成型領(lǐng)域中有著更加廣泛的應(yīng)用。
[0016] 本發(fā)明的突出特點(diǎn)和有益效果是： 1.本發(fā)明加入的增強(qiáng)劑納米碳化硅晶須和聚酰亞胺纖維混合物力學(xué)性能強(qiáng)，能夠明顯 提高ABS在粉狀時快速成型材料的沖擊強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度。
[0017] 2.本發(fā)明加入的阻燃劑聚四氟乙烯超細(xì)粉體使ABS快速成型材料具有良好的阻燃 性能。
[0018] 3.本發(fā)明對ABS樹脂進(jìn)行改性，得到的改性材料力學(xué)性能強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好、阻燃性 好、耐候性強(qiáng)，在快速成型領(lǐng)域中能夠得到更加廣泛的應(yīng)用，根據(jù)ASTM D256和ASTM D638檢 測快速成型材料的沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，采用本發(fā)明的ABS快速成型材料用于成型領(lǐng)域的 產(chǎn)品韌性強(qiáng)，熱變形溫度高。
[0019] 4.本發(fā)明采用了錐形雙螺桿擠出機(jī)、球磨機(jī)和犁刀式混合機(jī)來制備ABS快速成型 材料，過程中各組分材料能夠得到充分的利用，發(fā)揮出各自材料的優(yōu)勢性能，且制備工藝簡 單，損耗低，環(huán)保無污染，制造成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體實(shí)例對本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行進(jìn)一步說明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范 圍僅限于以下的實(shí)例，任何基于本發(fā)明上述思想方法所作出的簡單變化或等同替換均應(yīng)屬 于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。如無特別說明，各實(shí)施例中所述份數(shù)均為重量份。
[0021 ]本發(fā)明的具體實(shí)施例如下： 實(shí)施例1 1)按以下比例配備原料： ABS樹脂100份，增強(qiáng)劑納米碳化硅晶須和聚酰亞胺(PI)纖維混合物1份，阻燃劑聚四 氟乙稀超細(xì)粉體(PTFE)0.1份，熱穩(wěn)定劑媽一鋅復(fù)合穩(wěn)定劑0.1份，抗氧劑復(fù)合抗氧劑0.1 份，無機(jī)填料碳酸鈣1份，無機(jī)填料滑石粉1份，偶聯(lián)劑3-氨丙基三乙氧基硅烷0.1份，流平劑 丙烯酸樹脂0.1份。
[0022] 2)按重量份，將已干燥的ABS樹脂100份、增強(qiáng)劑1份、熱穩(wěn)定劑0.1份、無機(jī)填料1 份、偶聯(lián)劑0.1份混合均勻投放進(jìn)錐形雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融，擠出造粒，擠出機(jī)的料筒溫 度為:料斗部160°c，料筒前部180°C，模頭溫度185°C，模具溫度