一種用于3d打印的高強(qiáng)度光潔型abs/pc合金材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種ABS/PC合金材料，具體一種用于3D打印的高強(qiáng)度光潔型ABS/PC 合金材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 快速成型技術(shù)又稱"3D打印"或"快速原型制造技術(shù)"（Rapid prototyping manufacturing),是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù),利用三維CAD的數(shù)據(jù),通過(guò)快 速成型機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型的方法。這種方法有諸多優(yōu)點(diǎn)，其制造快速，可 完全再現(xiàn)三維效果，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化，同時(shí)其用料廣 泛，各類3D打印機(jī)設(shè)備上所使用的材料種類有：樹脂、尼龍、塑料、石蠟、紙以及金屬或陶 瓷的粉末等。而最廣泛的材料主要是聚乳酸ABS等高分子樹脂材料。受限于材料本身的 強(qiáng)度和粘結(jié)性能，打印出來(lái)的產(chǎn)品強(qiáng)度不夠，容易破碎、開裂。由于現(xiàn)有材料本身熱膨脹系 數(shù)較高，"層層堆積"的成型方法所制備出的產(chǎn)品其表面通常由于材料收縮而形成的層與層 間縫隙，產(chǎn)品光潔度低，而需要進(jìn)行打磨、拋光等處理，導(dǎo)致3D打印無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用到生產(chǎn) 中。此外，由于材料收縮形成的縫隙也容易成為應(yīng)力點(diǎn)兒發(fā)生應(yīng)力開裂，影響3D打印制備 的產(chǎn)品強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明公開一種高強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)低的快速成型材料。
[0004] 本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種用于3D打印的高強(qiáng)度光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計(jì)包括： PC 5. 6-41. 1 份； ABS 50- 85 份； 光潔增強(qiáng)劑 0.3 - 0.5份； 所述光潔增強(qiáng)劑其原料按重量計(jì)包括3份硅酮粉、0. 02份三乙醇胺、0. 5份EDTA二鈉、 3份氯化亞鐵、0. 8份甲基丙烯酸甲酯以及0. 01份硫酸鎂。
[0005] 所述PC為現(xiàn)有技術(shù)的聚碳酸酯材料可選用任一種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，所述ABS即丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯塑料，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?？刹捎萌我环N現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。PC具有較高的機(jī)械 強(qiáng)度，但流動(dòng)性差、抗沖擊性能低，不能單獨(dú)適用于快速成型技術(shù)中。與少量的ABS混合制 成的合金，具有絕緣性能良好、流動(dòng)性高等優(yōu)點(diǎn)，有利于制備精細(xì)化的電子產(chǎn)品零件。但現(xiàn) 有技術(shù)的ABS/PC合金材料具有較大的線性熱膨脹系數(shù)，應(yīng)用在快速成型技術(shù)中將使產(chǎn)品 表面因收縮而產(chǎn)生的每層材料間的微型縫隙，表現(xiàn)為產(chǎn)品表面粗糙。本發(fā)明特別選用3份 硅酮粉、0.02份三乙醇胺、0.5份EDTA二鈉、3份氯化亞鐵、0.8份甲基丙烯酸甲酯以及0.01 份硫酸鎂制成所述光潔增強(qiáng)劑，該光潔增強(qiáng)劑能夠有效降低ABS/PC合金材料的線性熱膨 脹系數(shù)，使在快速成型生產(chǎn)產(chǎn)品過(guò)程中，每一層材料間因收縮原因而產(chǎn)生的收縮縫隙降低， 獲得表面光滑的產(chǎn)品。而縮小層間縫隙，有助于產(chǎn)品表面的應(yīng)力點(diǎn)，進(jìn)而提高產(chǎn)品的強(qiáng)度， 同時(shí)能維持ABS與PC間的結(jié)合強(qiáng)度，使之不易分離。特別的，氯化亞鐵和甲基丙烯酸甲酯 同時(shí)存在時(shí)，將明顯提高所制得的ABS/PC合金材料的缺口抗沖擊強(qiáng)度，應(yīng)用在快速成型技 術(shù)中將制備出可靠性更高、壽命更長(zhǎng)的產(chǎn)品 上述硅酮粉、三乙醇胺、EDTA二鈉、氯化亞鐵、甲基丙烯酸甲酯以及硫酸鎂可選用任一 種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，各種原料的粒徑優(yōu)選在50- 200 μ m之間。。
[0006] 進(jìn)一步的，所述光潔增強(qiáng)劑的制備方法為將所述硫酸鎂和氯化亞鐵加入質(zhì)量為其 二者質(zhì)量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌并加熱至80°C，加入所述硅酮 粉、三乙醇胺、氯化亞鐵、甲基丙烯酸甲酯、EDTA二鈉，保持50分鐘后，降溫至45°C蒸發(fā)至混 合液體的質(zhì)量為原料中硫酸鎂和氯化亞鐵質(zhì)量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。
[0007] 進(jìn)一步的還包括抗氧化劑和/或增韌劑。
[0008] 所述抗氧化劑可選用任一種現(xiàn)有的ABS/PC抗氧化劑，如市售的S 9229 ;增韌劑可 選用S 2001。除此以外，還可選用任一種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0009] 一種制備所述ABS/PC合金材料的方法，包括如下步驟：將所述ABS和PC分別在 100°C下干燥4小時(shí)，經(jīng)混合裝置混合3min，以235- 250°C的溫度以及350r/min的轉(zhuǎn)速在 雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1 一 2_的粗制顆粒；將所述粗制顆粒在90°C下干燥12 小時(shí)，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以230-245°C的溫度以及450r/min的轉(zhuǎn)速在雙 螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1 一2mm的顆粒即所述用于3D打印的高強(qiáng)度光潔型ABS/ PC合金材料。
[0010] 設(shè)計(jì)人發(fā)現(xiàn)，光潔增強(qiáng)劑有一定的可能性會(huì)阻礙ABS和PC材料的結(jié)合，因此在制 備ABS/PC合金時(shí)，首先將ABS和PC單獨(dú)共混擠出形成質(zhì)地均一的粗制顆粒后方加入所述 光潔增強(qiáng)劑再次共混擠出，最終獲得性質(zhì)穩(wěn)定的ABS/PC合金材料。
[0011] 任一種現(xiàn)有技術(shù)的共混法也可用于制備被發(fā)明的ABS/PC合金材料。
[0012] 本發(fā)明提供的ABS/PC合金材料具有良好的熱塑性及固化速度，同時(shí)具有優(yōu)于現(xiàn) 有產(chǎn)品的強(qiáng)度和表面光潔度，特別有利于應(yīng)用在電機(jī)、汽車表盤、汽車飛機(jī)模型、儀表箱殼 體、家用電器、家具等產(chǎn)品的精細(xì)零件的3D打印技術(shù)中。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述： 實(shí)施例1 本實(shí)施例提供一種用于3D打印的高強(qiáng)度光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計(jì)包 括： PC 25 份； ABS 60 份； 光潔增強(qiáng)劑 〇. 35份； 所述光潔增強(qiáng)劑其原料按重量計(jì)包括3份硅酮粉、0. 02份三乙醇胺、0. 5份EDTA二鈉、 3份氯化亞鐵、0. 8份甲基丙烯酸甲酯以及0. 01份硫酸鎂。
[0014] 所述光潔增強(qiáng)劑的制備方法為將所述硫酸鎂和氯化亞鐵加入質(zhì)量為其二者質(zhì)量 和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌并加熱至80°C，加入所述硅酮粉、三乙醇 胺、氯化亞鐵、甲基丙烯酸甲酯、EDTA二鈉，保持50分鐘后，降溫至45°C蒸發(fā)至混合液體的 質(zhì)量為原料中硫酸鎂和氯化亞鐵質(zhì)量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。
[0015] 一種制備所述ABS/PC合金材料的方法，包括如下步驟：將所述ABS和PC分別在 100°C下干燥4小時(shí)，經(jīng)混合裝置混合3min，以245°C的溫度以及350r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋 擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1 一2_的粗制顆粒；將所述粗制顆粒在90°C下干燥12小時(shí)， 將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以240°C的溫度以及450r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī) 中擠出，切粒為粒徑在1 一2mm的顆粒即所述用于3D打印的高強(qiáng)度光潔型ABS/PC合金材 料。
[0016] 將本實(shí)施例的合金材料采用現(xiàn)有3D打印技術(shù)，如美國(guó)公司的3D打印機(jī) JX制成一 1000_X 1000_X20mm 的板狀零件，采用 ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其 進(jìn)行注能測(cè)試，其結(jié)果如表1所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于3D打印的高強(qiáng)度光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計(jì)包括： PC 5. 6-41. 1 份； ABS 50- 85 份； 光潔增強(qiáng)劑 0.3 - 0.5份； 所述光潔增強(qiáng)劑其原料按重量計(jì)包括3份硅酮粉、0. 02份三乙醇胺、0. 5份EDTA二鈉、 3份氯化亞鐵、0. 8份甲基丙烯酸甲酯以及0. 01份硫酸鎂。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ABS/PC合金材料，其特征在于：所述光潔增強(qiáng)劑的制備方法 為將所述硫酸鎂和氯化亞鐵加入質(zhì)量為其二者質(zhì)量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合 液中，攪拌并加熱至80°C，加入所述硅酮粉、三乙醇胺、氯化亞鐵、甲基丙烯酸甲酯、EDTA二 鈉，保持50分鐘后，降溫至45°C蒸發(fā)至混合液體的質(zhì)量為原料中硫酸鎂和氯化亞鐵質(zhì)量和 的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的ABS/PC合金材料，其特征在于：還包括抗氧化劑 和/或增韌劑。
4. 一種制備如權(quán)利要求1或2所述ABS/PC合金材料的方法，包括如下步驟：將所述ABS 和PC分別在100°C下干燥4小時(shí)，經(jīng)混合裝置混合3min，以235- 250°C的溫度以及350r/ min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1 一2mm的粗制顆粒；將所述粗制顆粒在 90°C下干燥12小時(shí)，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以230- 245°C的溫度以及450r/ min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1 一2mm的顆粒即用于3D打印的高強(qiáng)度 光潔型ABS/PC合金材料。
5. -種如權(quán)利要求1或2所述ABS/PC合金材料在電機(jī)、汽車表盤、汽車飛機(jī)模型、儀表 箱殼體、家用電器、家具的3D打印技術(shù)中的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于3D打印的高強(qiáng)度光潔型ABS/PC合金材料，其原料PC；ABS；光潔增強(qiáng)劑。本發(fā)明特別添加一種光潔增強(qiáng)劑，該光潔增強(qiáng)劑能夠有效降低ABS/PC合金材料的線性熱膨脹系數(shù)，使在快速成型生產(chǎn)產(chǎn)品過(guò)程中，每一層材料間因收縮原因而產(chǎn)生的收縮縫隙降低，獲得表面光滑的產(chǎn)品。而縮小層間縫隙，有助于產(chǎn)品表面的應(yīng)力點(diǎn)，進(jìn)而提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，同時(shí)能維持ABS與PC間的結(jié)合強(qiáng)度，使之不易分離。本發(fā)明提供的ABS/PC合金材料具有良好的熱塑性及固化速度，同時(shí)具有優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品的強(qiáng)度和表面光潔度，特別有利于應(yīng)用在電機(jī)、汽車表盤、汽車飛機(jī)模型、儀表箱殼體、家用電器、家具等產(chǎn)品的精細(xì)零件的3D打印技術(shù)中。
【IPC分類】C08L83-04, C08K3-16, C08L69-00, C08K5-17, C08L55-02, C08K3-30, C08K5-101, C08K13-02
【公開號(hào)】CN104559023
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410742336
【發(fā)明人】林湖彬, 杜崇銘
【申請(qǐng)人】惠州市昌億科技股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月9日