一種用于3d打印的abs快速成型材料及其制備方法
【技術領域】
[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】
[0002] 快速成型(RP)技術是九十年代發(fā)展起來的一項先進制造技術，是為制造業(yè)企業(yè)新 產品開發(fā)服務的一項關鍵共性技術，對促進企業(yè)產品創(chuàng)新、縮短新產品開發(fā)周期、提高產 品競爭力有積極的推動作用。快速成型材料一般包括工程蠟、工程塑料、陶瓷粉、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，不太適合單獨應用于快速成型技術。
[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，容易涂裝、著色，還可以進行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應 用于機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領域，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，使其制造出的成 型材料存在力學性能不強，熱穩(wěn)定性差，可燃，耐候性差等缺陷，不能得到廣泛的應用，使其 在各個領域的應用受到了限制。
[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、易實現(xiàn)工業(yè)化;并且該材料成型周期短、熱穩(wěn)定性好、機械強度高。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快速成 型材料。其發(fā)明的激光燒結快速成型材料可以較好的解決燒結件的翹曲變形問題，并且在 燒結件的力學性能方面得到很大改善，在快速制作薄壁零件、精密零件、復雜零件和耐高、 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，實現(xiàn)了對ABS樹脂的增強 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，但該材料在力學性能及熱變形溫度上還需要提高才能達到更加廣泛的應 用。
[0007] 為了實現(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。因此希望提供一種力學性能強、阻燃性好、熱穩(wěn)定性 好、耐候性強的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用。

【發(fā)明內容】

[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，本發(fā)明通過納米碳化硅 晶須和聚酰亞胺纖維混合物進行改性，使ABS力學性能強，熱變形溫度高，耐候性好，且具有 阻燃性。進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、球磨機和犁刀式 混合機來制備ABS快速成型材料。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案： 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 維組成的增強劑，由以下原料按重量份制備而成： ABS樹脂 100份 增強劑 1~10份 無機填料 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、增強劑1~10份、熱穩(wěn)定劑0.1~1份、無機填料 1~10份、偶聯(lián)劑0.1~1份混合均勻投放進錐形雙螺桿擠出機，在160~220°C條件下進行熔 融，擠出造粒，擠出機的螺桿長徑比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， 螺桿轉速為120~180r/min; 2) 將步驟1)得到的粒料冷卻后用球磨機粉碎，在40~100目的篩網(wǎng)中進行篩分得到中 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]所述的無機填料為粒徑在10um~30um的碳酸|丐、滑石粉、云母粉、高嶺土、實心玻 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ABS樹脂用于23D打印時韌性小、強度低、可燃及耐候性較差等 缺點進行改性，加入的增強劑碳化硅晶須是一種力學性能強的單晶纖維，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ABS材料的力學強度，加入無 機填料使ABS材料粒度更加均勻，耐熱性更強，加入抗氧劑和熱穩(wěn)定劑能夠增強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材料在快速成型領域中有著更加廣泛的應用。
[0016] 本發(fā)明的突出特點和有益效果是： 1.本發(fā)明加入的增強劑納米碳化硅晶須和聚酰亞胺纖維混合物力學性能強，能夠明顯 提高ABS在粉狀時快速成型材料的沖擊強度及拉伸強度。
[0017] 2.本發(fā)明加入的阻燃劑聚四氟乙烯超細粉體使ABS快速成型材料具有良好的阻燃 性能。
[0018] 3.本發(fā)明對ABS樹脂進行改性，得到的改性材料力學性能強、熱穩(wěn)定性好、阻燃性 好、耐候性強，在快速成型領域中能夠得到更加廣泛的應用，根據(jù)ASTM D256和ASTM D638檢 測快速成型材料的沖擊強度和拉伸強度，采用本發(fā)明的ABS快速成型材料用于成型領域的 產品韌性強，熱變形溫度高。
[0019] 4.本發(fā)明采用了錐形雙螺桿擠出機、球磨機和犁刀式混合機來制備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。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合具體實例對本
【發(fā)明內容】
進行進一步說明，但不應將此理解為本發(fā)明的范 圍僅限于以下的實例，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屬 于本發(fā)明所要求保護的范圍之內。如無特別說明，各實施例中所述份數(shù)均為重量份。
[0021 ]本發(fā)明的具體實施例如下： 實施例1 1)按以下比例配備原料： ABS樹脂100份，增強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 氟乙稀超細粉體(PTFE)0.1份，熱穩(wěn)定劑媽一鋅復合穩(wěn)定劑0.1份，抗氧劑復合抗氧劑0.1 份，無機填料碳酸鈣1份，無機填料滑石粉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、增強劑1份、熱穩(wěn)定劑0.1份、無機填料1 份、偶聯(lián)劑0.1份混合均勻投放進錐形雙螺桿擠出機進行熔融，擠出造粒，擠出機的料筒溫 度為:料斗部160°c，料筒前部180°C，模頭溫度185°C，模具溫度