一種用于3d打印的尼龍基材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種尼龍基材料，包括如下重量份的組分：60～95份尼龍樹(shù)脂；5～40份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；5～20份相容劑；0.2～1份抗氧劑；0.3～2份潤(rùn)滑劑；0.2～1份成核劑。其制備方法為：將尼龍樹(shù)脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物干燥后，與相容劑、抗氧劑、潤(rùn)滑劑、成核劑混合均勻，得到混合物；將混合物熔融擠出，拉絲成型，得到尼龍基材料。本發(fā)明以高強(qiáng)度的尼龍樹(shù)脂為基底材料，利用ABS樹(shù)脂，潤(rùn)滑劑、增韌劑和成核劑對(duì)尼龍樹(shù)脂進(jìn)行改性，通過(guò)調(diào)節(jié)不同配比的各成分間的相互協(xié)同作用，改善了尼龍樹(shù)脂的韌性、降低摩擦系數(shù)，得到易于3D打印的尼龍基材料，其強(qiáng)度高、韌性好，成型精度高、表面光滑、易去支撐。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于3D打印的尼龍基材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及3D打印材料領(lǐng)域，特別涉及一種用于3D打印的尼龍基材料及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 3D打印即增材制造技術(shù)，是一種通過(guò)連續(xù)物理層疊加，逐層增加材料來(lái)生產(chǎn)三維 實(shí)體的技術(shù)。通常，3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的打印材料，打印機(jī)與電腦 連接后，通過(guò)電腦控制可以把"打印材料"一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí) 物。
[0003] 與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，3D打印技術(shù)無(wú)需原胚和模具，就能直接根據(jù)計(jì) 算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過(guò)增加材料的方法生產(chǎn)出任何形狀的物體，能夠有效的簡(jiǎn)化產(chǎn)品的制造 程序，縮短產(chǎn)品的研制周期，提高效率并降低成本。
[0004] 3D打印的方式有很多種，其中熔融沉積成型（FDM)是目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的一種3D 打印方式，其技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展快，但是其所能使用的打印材料較少。在熔融沉積成型的工藝 中，打印材料是影響工藝發(fā)展和成品性能的關(guān)鍵因素。
[0005] 常見(jiàn)的打印材料有聚乳酸（PLA)，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS)、聚乙烯 醇（PVA)、尼龍（PA)等。這些打印材料由于自身存在的缺點(diǎn)，限制了他們的應(yīng)用。聚乳酸和 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的力學(xué)性能差，不耐高溫。聚乙烯醇通常用作支撐材料。尼 龍的力學(xué)性能好，但是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的純PA63D打印材料，成型溫度高、易翹邊、易開(kāi)裂、收 縮大、吸水率高，不能用來(lái)3D打??；而使用較多的PA12打印材料，其制品使用溫度較低、機(jī) 械性能較差；國(guó)外生產(chǎn)的尼龍耗材品種較多，但是價(jià)格昂貴，且不能夠用在桌面級(jí)的3D打 印機(jī)上、多用在價(jià)格昂貴的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)上。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種用于3D打印的尼龍基材料及其制備方法， 所述尼龍基材料易于3D打印，強(qiáng)度高，韌性強(qiáng)。
[0007] 本發(fā)明公開(kāi)了一種用于3D打印的尼龍基材料，包括如下重量份的組分：
[0008] 60?95份尼龍樹(shù)脂；
[0009] 5?40份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；
[0010] 5?20份相容劑；
[0011] 0.2?1份抗氧劑；
[0012] 0.3?2份潤(rùn)滑劑；
[0013] 0.2?1份成核劑。
[0014] 優(yōu)選的，所述尼龍樹(shù)脂為尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12和尼龍1010中的一種或 多種。
[0015] 優(yōu)選的，所述相容劑為苯乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物、馬來(lái)酸酐接枝的丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯共聚物、馬來(lái)酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙 烯酸縮水甘油酯共聚物中的一種或多種。
[0016] 優(yōu)選的，所述抗氧劑為3, 5-二叔丁基-4-羥基苯丙酰-己二胺、四[β - (3，5-二叔 丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯，三[2, 4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯，鹵化銅、碘化 鉀、1，3, 5-三甲基-2, 4, 6-三（3, 5-二叔丁基-4-羥基芐基）苯和2, 2'-亞甲基雙（4-甲 基-6-叔丁基-苯酚）甲烷中的一種或多種。
[0017] 優(yōu)選的，所述潤(rùn)滑劑為超高分子量聚硅氧烷、硬脂酸、棕櫚酸、乙撐雙硬脂酰胺、硬 脂酸季戊四醇酯、聚乙烯蠟和硬脂酸鋅中的一種或多種。
[0018] 優(yōu)選的，所述成核劑為滑石粉、納米二氧化硅、納米氧化鋁、己二酰胺二聚體、有機(jī) 次磷酸鹽和納米氧化鈣中的一種或多種。
[0019] 優(yōu)選的，包括65?80份尼龍樹(shù)脂；10?40份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
[0020] 優(yōu)選的，包括尼龍樹(shù)脂65?70份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10?15份、 相容劑5?15份、抗氧劑0. 2?0. 8份、潤(rùn)滑劑0. 5?1份、成核劑0. 2?0. 8份。
[0021] 優(yōu)選的，包括尼龍樹(shù)脂72?85份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物20?30份、 相容劑6?10份、抗氧劑0. 3?0. 5份、潤(rùn)滑劑1?2份、成核劑0. 3?0. 6份。
[0022] 本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于3D打印的尼龍基材料的制備方法，包括以下步驟：
[0023] 將60?95重量份尼龍樹(shù)脂和5?40重量份丙稀腈-丁二稀-苯乙稀共聚物干 燥后，與5?20重量份相容劑、0. 2?1重量份抗氧劑、0. 3?2重量份潤(rùn)滑劑、0. 2?1重 量份成核劑混合均勻，得到混合物；
[0024] 將所述混合物熔融擠出，經(jīng)后處理，得到用于3D打印的尼龍基材料。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的尼龍基材料，包括如下重量份的組分：60?95份尼龍 樹(shù)脂；5?40份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；5?20份相容劑；0. 2?1份抗氧劑； 0. 3?2份潤(rùn)滑劑；0. 2?1份成核劑。本發(fā)明以高強(qiáng)度的尼龍樹(shù)脂為基底材料，利用ABS 樹(shù)脂，相容劑、潤(rùn)滑劑和成核劑對(duì)尼龍樹(shù)脂進(jìn)行改性，通過(guò)調(diào)節(jié)不同配比的各成分間的相互 協(xié)同作用，改善了尼龍樹(shù)脂的韌性、降低摩擦系數(shù)，得到一種易于3D打印的尼龍基材料。通 過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明得到的尼龍基材料，不但能夠成功應(yīng)用在3D打印上，且具有強(qiáng)度高、韌 性好，成型精度高、表面光滑、易去支撐等優(yōu)點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0027] 本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種用于3D打印的尼龍基材料，包括如下重量份的組分：
[0028] 60?95份尼龍樹(shù)脂；
[0029] 5?40份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；
[0030] 5?20份相容劑；
[0031] 0.2?1份抗氧劑；
[0032] 0· 3?2份潤(rùn)滑劑；
[0033] 0.2?1份成核劑。
[0034] 本發(fā)明以尼龍樹(shù)脂為基體材料，通過(guò)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、相容劑、抗 氧劑、潤(rùn)滑劑和成核劑對(duì)尼龍樹(shù)脂進(jìn)行改性，所述幾種成分協(xié)同作用，得到易于3D打印的 尼龍基材料。本發(fā)明對(duì)于尼龍基材料的物理性狀沒(méi)有特殊限制，可以為絲、顆?；蛘叻?。
[0035] 所述尼龍樹(shù)脂是工程塑料中的一種，具有強(qiáng)度高、耐磨、自潤(rùn)滑等特性，其機(jī)械強(qiáng) 度高于常用于3D打印的ABS和PLA，但是純尼龍樹(shù)脂不能用于3D打印。本發(fā)明所述的尼龍 樹(shù)脂優(yōu)選為尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12和尼龍1010中的一種或多種。本發(fā)明對(duì)于所 述尼龍樹(shù)脂的來(lái)源沒(méi)有特殊限制，市售產(chǎn)品即可。在本發(fā)明中，包括所述尼龍樹(shù)脂60?95 重量份，優(yōu)選為65?80重量份。在一些實(shí)施例中為65?70重量份，在一些實(shí)施例中還可 以為72?85重量份。
[0036] 所述丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于尼龍樹(shù)脂，丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的添加可以改善尼龍基材料的韌性。在本發(fā)明中，包括所述丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯共聚物5?40重量份，優(yōu)選為10?40重量份，在一些實(shí)施例中可以 為10?15重量份，在另外一些實(shí)施例中可以為20?30重量份。本發(fā)明對(duì)于丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯共聚物的來(lái)源沒(méi)有特殊限制，市售產(chǎn)品即可。
[0037] 所述相容劑的作用是使尼龍樹(shù)脂和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物更好的融合。 其優(yōu)選為苯乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物、馬來(lái)酸酐接枝的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、馬來(lái) 酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物中 的一種或多種。在本發(fā)明中，包括5?20重量份相容劑，在一些實(shí)施例中為5?15重量份， 在一些實(shí)施例中為6?10重量份，在另外一些實(shí)施例中為10?15重量份。
[0038] 所述抗氧劑優(yōu)選為3, 5-二叔丁基-4-羥基苯丙酰-己二胺、四[β - (3, 5-二叔 丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯，三[2, 4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯，鹵化銅、碘化 鉀、1，3, 5-三甲基-2, 4, 6-三（3, 5-二叔丁基-4-羥基芐基）苯和2, 2'-亞甲基雙（4-甲 基-6-叔丁基-苯酚）甲烷中的一種或多種。在本發(fā)明中，包括0.2?1重量份抗氧劑，在 一些實(shí)施例中包括〇. 2?0. 8重量份抗氧劑，在另外一些實(shí)施例中包括0. 3?0. 5重量份 抗氧劑。
[0039] 所述潤(rùn)滑劑可以降低尼龍基材料的摩擦系數(shù)，改善自由流動(dòng)性，避免由于局部過(guò) 熱而引起的物料分解，提高制品的外觀質(zhì)量和表面光潔度，有助于3D打印時(shí)噴頭出絲順 暢，打印的制品精度高，表面質(zhì)量好。所述潤(rùn)滑劑優(yōu)選為超高分子量聚硅氧烷、硬脂酸、棕櫚 酸、乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸季戊四醇酯、聚乙烯蠟和硬脂酸鋅中的一種或多種。在本發(fā)明 中，包括0. 3?2重量份潤(rùn)滑劑，在一些實(shí)施例中包括0. 5?1重量份潤(rùn)滑劑；在另外一些 實(shí)施例中包括1?2重量份潤(rùn)滑劑。
[0040] 所述成核劑可以促進(jìn)尼龍樹(shù)脂的結(jié)晶，提高制品的機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，降低 成型制品的收縮率，從而保證了 3D打印制品力學(xué)強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，提高了精度。所述 成核劑優(yōu)選為滑石粉、納米二氧化硅、納米氧化鋁、己二酰胺二聚體、有機(jī)次磷酸鹽和納米 氧化鈣中的一種或多種。在本發(fā)明中，包括0. 2?1重量份成核劑，在一些實(shí)施例中包括 0. 2?0. 8重量份成核劑；在另外一些實(shí)施例中，包括0. 3?0. 6重量份成核劑。
[0041] 本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于3D打印的尼龍基材料的制備方法，包括以下步驟：
[0042] 將60?95重量份尼龍樹(shù)脂和5?40重量份丙稀腈-丁二稀-苯乙稀共聚物干 燥后，與5?20重量份相容劑、0. 2?1重量份抗氧劑、0. 3?2重量份潤(rùn)滑劑、0. 2?1重 量份成核劑混合均勻，得到混合物；
[0043] 將所述混合物熔融擠出，經(jīng)后處理，得到用于3D打印的尼龍基材料。
[0044] 本發(fā)明以尼龍樹(shù)脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯，相容劑，抗氧劑，潤(rùn)滑劑和成核劑為 原料制備尼龍基材料。
[0045] 本發(fā)明對(duì)于所述原料的選擇及添加配比如前所述，在此不再贅述。本發(fā)明對(duì)于干 燥，混合及成型技術(shù)沒(méi)有特殊限制，為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)方案。所述干燥的溫度優(yōu) 選為90?IKTC，所述干燥的時(shí)間為4?8小時(shí)。
[0046] 擠出后，經(jīng)過(guò)后處理，得到用于3D打印的尼龍基材料。
[0047] 所述后處理優(yōu)選為拉絲、造粒或者造粉。所述拉絲后得到的絲形耗材絲徑分別有 I. 75mm和3mm兩種規(guī)格，其精度為：線徑±0. 05mm，圓度±0. 05mm。
[0048] 所述造粒的方法優(yōu)選為：將拉絲后的絲材引入切粒機(jī)，進(jìn)行造粒，顆粒大小由擠出 拉絲的絲材直徑?jīng)Q定，一般在0. 之間。
[0049] 所述造粉的方法優(yōu)選為急冷破碎和溶劑溶解析出，粉狀材料的直徑在10-100微 米（用于3D打印的粉材，標(biāo)準(zhǔn)為33微米，但有一定的散布）。
[0050] 本發(fā)明對(duì)于得到的尼龍基材料的物理性狀沒(méi)有特殊限制，可以為絲、顆?；蛘叻?。
[0051 ] 本發(fā)明對(duì)于得到的尼龍基材料的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、沖擊 強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，本發(fā)明的尼龍基材料的上述性能參數(shù)均比ABS 及PLA材料好。
[0052] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的尼龍基材料及其制備方 法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
[0053] 實(shí)施例1
[0054] 分別稱取尼龍樹(shù)脂2000g、ABS樹(shù)脂400g、馬來(lái)酸酐接枝的丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯共聚物200g、四[β - (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三[2, 4-二叔 丁基苯基]亞磷酸酯7g、超高分子量聚硅氧烷26g、納米二氧化硅13g，放入高速混合機(jī)中混 合5min。然后用螺桿擠出機(jī)擠出，經(jīng)由拉絲成型設(shè)備成型。擠出機(jī)加工溫度為240°C，螺桿 轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分。繞成卷的耗材經(jīng)過(guò)真空干燥，密封保存。
[0055] 性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表1
[0056] 表1實(shí)施例1得到的尼龍基材料的性能參數(shù)
[0057]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于3D打印的尼龍基材料，包括如下重量份的組分： 60?95份尼龍樹(shù)脂； 5?40份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物； 5?20份相容劑； 0. 2?1份抗氧劑； 0. 3?2份潤(rùn)滑劑； 0. 2?1份成核劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的尼龍基材料，其特征在于，所述尼龍樹(shù)脂為尼龍6、尼龍66、尼 龍11、尼龍12和尼龍1010中的一種或多種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的尼龍基材料，其特征在于，所述相容劑為苯乙烯-馬來(lái)酸酐共 聚物、馬來(lái)酸酐接枝的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、馬來(lái)酸酐接枝乙烯-丙烯酸丁酯共 聚物和乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物中的一種或多種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的尼龍基材料，其特征在于，所述抗氧劑為3, 5-二叔丁 基-4-羥基苯丙酰-己二胺、四[0-(3,5_二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三 [2, 4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯、鹵化銅、碘化鉀、1，3, 5-三甲基-2, 4, 6-三（3, 5-二叔丁 基-4-羥基芐基）苯和2, 2' -亞甲基雙（4-甲基-6-叔丁基-苯酚）甲烷中的一種或多 種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的尼龍基材料，其特征在于，所述潤(rùn)滑劑為超高分子量聚硅氧 烷、硬脂酸、棕櫚酸、乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸季戊四醇酯、聚乙烯蠟和硬脂酸鋅中的一種或 多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的尼龍基材料，其特征在于，所述成核劑為滑石粉、納米二氧化 硅、納米氧化鋁、己二酰胺二聚體、有機(jī)次磷酸鹽和納米氧化鈣中的一種或多種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的尼龍基材料，其特征在于，包括65?80份尼龍樹(shù)脂；10?40 份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1?7任意一項(xiàng)所述的尼龍基材料，其特征在于，包括尼龍樹(shù)脂65? 70份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物10?15份、相容劑5?15份、抗氧劑0. 2?0. 8 份、潤(rùn)滑劑〇. 5?1份、成核劑0. 2?0. 8份。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?5任意一項(xiàng)所述的尼龍基材料，其特征在于，包括尼龍樹(shù)脂72? 85份、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物20?30份、相容劑6?10份、抗氧劑0. 3?0. 5 份、潤(rùn)滑劑1?2份、成核劑0. 3?0. 6份。
10. -種用于3D打印的尼龍基材料的制備方法，包括以下步驟： 將60?95重量份尼龍樹(shù)脂和5?40重量份丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物干燥后， 與5?20重量份相容劑、0. 2?1重量份抗氧劑、0. 3?2重量份潤(rùn)滑劑、0. 2?1重量份成 核劑混合均勻，得到混合物； 將所述混合物熔融擠出，經(jīng)后處理，得到用于3D打印的尼龍基材料。
【文檔編號(hào)】C08K5/134GK104497562SQ201410804645
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】陳梓煜, 申超 申請(qǐng)人:陳梓煜