3d打印用聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種3D打印用聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料的制備方法為將烯丙基縮水甘油醚與丙酮混合，加入酒石酸，室溫?cái)嚢?，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，室溫?cái)嚢?，然后加入聚苯乙烯顆粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用聚苯乙烯復(fù)合材料，本發(fā)明制備的聚苯乙烯復(fù)合材料可在40~50℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行3D打印，不會(huì)堵塞3D打印機(jī)噴頭；制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，便于推廣和應(yīng)用；打印成型后的材料具有無毒、無臭、電絕緣性能好、剛性好及耐化學(xué)腐蝕性好等優(yōu)良性能。
【專利說明】3D打印用聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種3D打印用聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印技術(shù)是一系列技術(shù)的組合，即通過一臺(tái)機(jī)器逐次添加物層的方式來制造一 個(gè)物品，其組合由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD)、激光成型、擠出機(jī)，或能一次打印一層物質(zhì)的打印 機(jī)針頭構(gòu)成。增材制造能一次性生成復(fù)雜的幾何物體，它的內(nèi)部可以有空腔或活動(dòng)部件，而 傳統(tǒng)的機(jī)械不能勝任以這種方式進(jìn)行制造。3D打印技術(shù)已經(jīng)在消費(fèi)品、汽車工業(yè)及航空工 業(yè)等領(lǐng)域部分獲得應(yīng)用。它對(duì)于制造新奇廉價(jià)的物品很合適，但對(duì)于生產(chǎn)大體積、低價(jià)格并 且有足夠強(qiáng)度的部件而言，它的能力有限。據(jù)估計(jì)，到2030年，增材制造有望取代一些傳統(tǒng) 的規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)，導(dǎo)致大量擁有現(xiàn)代生產(chǎn)能力的本地化微工廠出現(xiàn)，有效縮短生產(chǎn)周期， 簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈。
[0003] 聚苯乙烯（PS)是一種熱塑性樹脂，由于其價(jià)格低廉且易加工成型，因此得以廣泛 應(yīng)用。聚苯乙烯有均聚物(透明粒料）或增韌接枝共聚物或與彈性體的共混體(抗沖擊聚苯 乙烯IPS)形式。聚苯乙烯共聚物在物理性能和熱性能上比均聚物有所提高。這幾類聚苯 乙烯有多種品級(jí)，如標(biāo)準(zhǔn)IPS和標(biāo)準(zhǔn)透明品級(jí)、抗環(huán)境應(yīng)力開裂品級(jí)（ESCR)、耐紫外線級(jí)。 阻燃級(jí)、耐磨級(jí)、制輕質(zhì)制件的高撓性品級(jí)、可發(fā)泡品級(jí)、超初級(jí)以及低殘余揮發(fā)分品級(jí)等。 聚苯乙烯樹脂用于制造日常生活中的一次性餐具、汽車部件、包裝材料、玩具、建筑材料、電 器和家庭用品等。Stratasys公司發(fā)明了甲基丙烯酸-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物細(xì) 絲，用于注射模制造，3D打印的溫度在200°C以上。
[0004] 本發(fā)明制備的復(fù)合材料還可制成各種功能性的薄膜、涂層和復(fù)合材料，在光電材 料、航空航天以及微電子封裝材料等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種3D打印用聚苯乙烯復(fù)合材料及其制備 方法。該聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法的特征為將烯丙基縮水甘油醚與丙酮混合，加入酒 石酸，室溫?cái)嚢?，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、雙-[Y-(三乙氧基硅）丙基]四硫化 物，室溫?cái)嚢?，然后加入聚苯乙烯顆粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用聚苯乙烯復(fù)合材料。本 發(fā)明制備的聚苯乙烯復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括電器、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、絕熱、隔音、防震材 料等。
[0006] 本發(fā)明提出的3D打印用聚苯乙烯復(fù)合材料，其特征在于： ①由下列重量比的原料組成： 聚苯乙烯 40?50%， 雙-[Y -(三乙氧基硅）丙基]四硫化物 5?30%， 烯丙基縮水甘油醚 5~20%， 丙酮 15?30%， 酒石酸 1?2%， 偶氮二咪唑啉基丙烷 1~3%。
[0007] ②制備步驟如下： 1) 將重均分子量為5-20萬的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的顆粒； 2) 按重量配比稱取原料； 3) 在氮?dú)夥諊?，將烯丙基縮水甘油醚與丙酮混合，加入酒石酸，室溫?cái)嚢?(Γ60分 鐘，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、雙-[Υ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室溫?cái)嚢?60?90分鐘，然后加入聚苯乙烯顆粒，加熱至5(T60°C，攪拌9(Γ120分鐘，冷卻至室溫，得3D 打印用聚苯乙烯復(fù)合材料。
[0008] 將該材料在4(T50°C進(jìn)行3D打印，測(cè)試成型后材料的密度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及 收縮率。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：（1)將聚苯乙烯制成10(Γ120目的微小顆粒，使聚苯乙烯與 雙-[Υ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物、烯丙基縮水甘油醚、丙酮等復(fù)合，添加酒石酸、偶 氮二咪唑啉基丙烷等輔助劑，配置成具有一定粘度的復(fù)合材料，在4(T50°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn) 行3D打印，復(fù)合材料固化成型，得3D打印產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)多種工業(yè)產(chǎn)品的低溫打印制造。 (2)本發(fā)明制備的3D打印材料是一種流體材料，打印過程不會(huì)堵塞3D打印機(jī)噴頭，適用于 現(xiàn)有的多數(shù)3D打印機(jī)。（3)制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，便于推廣和應(yīng)用。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明 實(shí)施例1 將40g重均分子量為5-20萬的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?20g烯丙基縮水甘油醚與30g丙酮混合，加入2g酒石酸，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入3g 偶氮二咪唑啉基丙烷、5g雙-[Y-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后 加入40g聚苯乙烯顆粒，加熱至50°C，攪拌90分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚苯乙烯復(fù)合 材料。
[0011] 將該材料在40°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.06g/cm3,拉伸強(qiáng)度為 48. 8MPa，彎曲強(qiáng)度為82. 9MPa，收縮率為2. 11%。
[0012] 實(shí)施例2 將45g重均分子量為5-20萬的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?8g烯丙基縮水甘油醚與15g丙酮混合，加入lg酒石酸，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入lg偶 氮二咪唑啉基丙烷、30g雙-[γ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后加 入45g聚苯乙烯顆粒，加熱至60°C，攪拌120分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚苯乙烯復(fù)合 材料。
[0013] 將該材料在50°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1. llg/cm3,拉伸強(qiáng)度為 49. 9MPa，彎曲強(qiáng)度為84. 7MPa，收縮率為2. 33%。
[0014] 實(shí)施例3 將50g重均分子量為5-20萬的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?5g烯丙基縮水甘油醚與20g丙酮混合，加入2g酒石酸，室溫?cái)嚢?5分鐘，再依次加入2g偶 氮二咪唑啉基丙烷、21g雙-[γ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室溫?cái)嚢?5分鐘，然后加 入50g聚苯乙烯顆粒，加熱至55°C，攪拌100分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚苯乙烯復(fù)合 材料。
[0015] 將該材料在45°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.07g/cm3,拉伸強(qiáng)度為 51. IMPa，彎曲強(qiáng)度為81. 3MPa，收縮率為2. 01%。
[0016] 實(shí)施例4 將40g重均分子量為5-20萬的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?15g烯丙基縮水甘油醚與25g丙酮混合，加入2g酒石酸，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入3g 偶氮二咪唑啉基丙烷、15g雙-[Y-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后 加入40g聚苯乙烯顆粒，加熱至60°C，攪拌110分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚苯乙烯復(fù) 合材料。
[0017] 將該材料在40°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1. 16g/cm3,拉伸強(qiáng)度為 50. 3MPa，彎曲強(qiáng)度為86. IMPa，收縮率為2. 63%。
[0018] 實(shí)施例5 將44g重均分子量為5-20萬的聚苯乙烯粉碎成ΚΚΓ120目的顆粒；在氮?dú)夥諊?，?llg烯丙基縮水甘油醚與22g丙酮混合，加入lg酒石酸，室溫?cái)嚢?0分鐘，再依次加入2g 偶氮二咪唑啉基丙烷、15g雙-[Y-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室溫?cái)嚢?0分鐘，然后 加入44g聚苯乙烯顆粒，加熱至50°C，攪拌100分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚苯乙烯復(fù) 合材料。
[0019] 將該材料在50°C進(jìn)行3D打印，成型后材料的密度為1.04g/cm3,拉伸強(qiáng)度為 46. 9MPa，彎曲強(qiáng)度為80. 7MPa，收縮率為1. 82%。
【權(quán)利要求】
1. 一種3D打印用聚苯乙烯復(fù)合材料，其特征在于：由下列重量比的原料組成： 聚苯乙烯 40?50%， 雙-[Y -(三乙氧基硅）丙基]四硫化物 5?30%， 烯丙基縮水甘油醚 5~20%， 丙酮 15?30%， 酒石酸 1?2%， 偶氮二咪唑啉基丙烷 1~3%。
2. -種3D打印用聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：其步驟如下： 1) 將重均分子量為5-20萬的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的顆粒； 2) 按重量配比稱取原料； 3) 在氮?dú)夥諊?，將烯丙基縮水甘油醚與丙酮混合，加入酒石酸，室溫?cái)嚢?(Γ60分 鐘，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、雙-[Υ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室溫?cái)嚢?60?90分鐘，然后加入聚苯乙烯顆粒，加熱至5(T60°C，攪拌9(Γ120分鐘，冷卻至室溫，得3D 打印用聚苯乙烯復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C08L25/06GK104194180SQ201410427135
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】藍(lán)碧健 申請(qǐng)人:太倉碧奇新材料研發(fā)有限公司