CN103910971A - 一种用于熔融层积成型的树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于熔融层积成型的树脂及其制备方法,树脂热塑性树脂100份、超短玻纤5~40份、偶联剂1~10份、抗氧剂0.5~3份、热稳定剂0~5份以及润滑剂0.5~5份经混合、挤出所得。本发明制备的用于熔融层积成型的超短玻纤改性树脂,具有成型速度快、表面质量好、成型效率高和机械性能好等优点,此外制备工艺简单,可直接应用和推广于熔融层积成型领域制备具有复杂结构的部件。
Description
技术领域
本发明属于3D打印材料改性技术领域,具体涉及一种用于熔融层积成型的树脂及其制备方法。
背景技术
熔融层积成型(Fused Deposition Modeling)快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源,将各种丝材加热溶化的成型方法,简称FDM。丝状材料选择热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出,加热喷头在计算机的控制下,根据产品零件的截面轮廓信息,作X-Y平面运动。热塑性丝状材料(如直径为1.78mm的塑料丝)由供丝机构送至喷头,并在喷头中加热和溶化成半液态,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作台上,快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的熔覆,好像一层层“画出”截面轮廓,如此循环,最终形成三维产品零件。这种工艺干净,易于操作,不产生垃圾,小型系统可用于办公环境,且没有产生毒气和化学污染的危险。但由于需对整个截面进行扫描涂覆,其成型时间长,所以适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。
熔融层积成型常规采用的原料是纯热塑性塑料,其成型速度慢、表面质量差,机械性能一般也不适合制备大型零件。本发明制备的用于熔融层积成型的树脂,采用超短玻纤增强树脂基体,具有成型速度快、表面质量好、成型效率高和机械性能好等优点,此外制备工艺简单,可直接应用和推广于熔融层积成型领域制备具有复杂结构的部件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有表面质量好和机械性能高等特点的熔融层积成型的树脂及其制备方法。本发明制备的树脂可直接应用和推广于熔融层积成型领域制备具有复杂结构的部件。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种用于熔融层积成型的树脂,由以下组分按重量份制备而成:
热塑性树脂100份,
超短玻纤5~40份,
偶联剂1~10份,
抗氧剂0.5~3份,
热稳定剂0~5份,
润滑剂0.5~5份。
所述热塑性树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)或聚碳酸酯(PC)。
所述超短玻纤的长度为10~1000μm。
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷。
所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
所述热稳定剂为硬脂酸钙或硬脂酸钡。
所述润滑剂为次乙基双硬脂酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物或季戊四醇硬脂酸酯。
本发明的另一个目的是提供一种用于熔融层积成型的树脂的制备方法,包含以下步骤:
(1)按配比将热塑性树脂100份、超短玻纤5~40份、偶联剂1~10份、抗氧剂0.5~3份、热稳定剂0~5份以及润滑剂0.5~5份,置于高速混合机中分散10~30分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、牵引,制得用于熔融层积成型的树脂;所述挤出机从喂料到机头各区温度分别为170℃~190℃、180℃~200℃、230℃~260℃、230℃~260℃、235℃~265℃、240℃~270℃和235℃~265℃,主机转速350rpm~450rpm。
本发明的有益效果有:
1、本发明制备的用于熔融层积成型的树脂具有成型速度快、表面质量好、成型效率高和机械性能好等优点。
2、本发明的制备工艺简单,可直接应用和推广于熔融层积成型领域制备具有复杂结构的部件。
3、采用超短玻纤增强基体热塑性树脂,可以显著提高成型速度和基体的机械强度。
具体实施方法
下面结合具体实例对本发明内容进行进一步的说明,但所述实施例并非是对本发明实质精神的简单限定,任何基于本发明实质精神所作出的简单变化或等同替换均应属于本发明所要求保护的范围之内。
制备的样品在23℃、50%湿度环境下调节后,分别采用ASTM D638和ASTM D256检测拉伸强度和冲击强度。
本发明的具体实施例如下:
实施例1
(1)将ABS树脂100份,超短玻纤5份,偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.3份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.2份,润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.5份,置于高速混合机分散10分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,挤出机从喂料到机头各区温度分别为170℃、180℃、230℃、230℃、235℃、240℃和235℃,主机转速350rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
实施例2
(1)将ABS树脂100份,超短玻纤10份,偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷3份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0. 7份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.3份,热稳定剂硬脂酸钙1份,润滑剂次乙基双硬脂酰胺1份,置于高速混合机分散15分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为175℃、185℃、235℃、235℃、240℃、245℃和240℃,主机转速350rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
实施例3
(1)将ABS树脂100份,超短玻纤20份,偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷6份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯1份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.5份,热稳定剂硬脂酸钙2份,润滑剂次乙基双硬脂酰胺2份,置于高速混合机分散20分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为180℃、190℃、235℃、235℃、240℃、245℃和240℃,主机转速400rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
实施例4
(1)将ABS树脂100份,超短玻纤30份,偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷9份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯1.5份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.5份,热稳定剂硬脂酸钙3份,润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物3份,置于高速混合机分散25分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为185℃、195℃、235℃、235℃、240℃、245℃和240℃,主机转速450rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
实施例5
(1)将ABS树脂100份,超短玻纤40份,偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷10份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯2份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1份,热稳定剂硬脂酸钙5份,润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物5份,置于高速混合机分散30分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为190℃、200℃、235℃、235℃、240℃、245℃和240℃,主机转速450rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
实施例6
(1)将PC树脂100份,超短玻纤5份,偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷1份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0. 3份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.2份,润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物0.5份,置于高速混合机分散10分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂机,从喂料到机头各区温度分别为170℃、180℃、260℃、260℃、265℃、270℃和265℃,主机转速350rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
实施例7
(1)将PC树脂100份,超短玻纤10份,偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷3份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0. 7份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.3份,热稳定剂硬脂酸钡1份,润滑剂季戊四醇硬脂酸酯1份,置于高速混合机分散15分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为175℃、185℃、255℃、255℃、260℃、265℃和260℃,主机转速350rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
实施例8
(1)将PC树脂100份,超短玻纤20份,偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷6份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯1份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.5份,热稳定剂硬脂酸钡2份,润滑剂季戊四醇硬脂酸酯2份,置于高速混合机分散20分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为180℃、190℃、255℃、255℃、260℃、265℃和260℃,主机转速400rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
实施例9
(1)将PC树脂100份,超短玻纤30份,偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷9份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯1.5份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.5份,热稳定剂硬脂酸钡3份,润滑剂季戊四醇硬脂酸酯3份,置于高速混合机分散25分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为185℃、195℃、255℃、255℃、260℃、265℃和260℃,主机转速450rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
实施例10
(1)将PC树脂100份,超短玻纤40份,偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷10份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯2份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1份,热稳定剂硬脂酸钡5份,润滑剂季戊四醇硬脂酸酯5份,置于高速混合机分散30分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为190℃、200℃、260℃、260℃、265℃、270℃和265℃,主机转速350rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
对照实施例1
(1)将ABS树脂100份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0. 3份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.2份,润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.5份,置于高速混合机分散10分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为170℃、180℃、230℃、230℃、235℃、240℃和235℃,主机转速350rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
对照实施例2
(1)将PC树脂100份,抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0. 3份,抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.2份,润滑剂乙烯-丙烯酸共聚物0.5份,置于高速混合机分散10分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机经熔融、塑化、挤出、牵引后,制得用于熔融层积成型的树脂,从喂料到机头各区温度分别为170℃、180℃、260℃、260℃、265℃、270℃和265℃,主机转速350rpm。
将上述制备的树脂经FDM成型方式加工为所需制件,其所得制件性能见表一所示。
表一:实施例1-10与对照实施例1-2加工的制件性能
性能 | 拉伸强度(MPa) | 冲击强度(kJ·m-2) | 成型速度(cm3/h) | 表观质量(目视) |
实施例1 | 31 | 20 | 50 | 优良 |
实施例2 | 38 | 27 | 56 | 优良 |
实施例3 | 46 | 30 | 61 | 优良 |
实施例4 | 54 | 33 | 70 | 优异 |
实施例5 | 63 | 41 | 80 | 优良 |
实施例6 | 55 | 61 | 43 | 优良 |
实施例7 | 63 | 70 | 50 | 优良 |
实施例8 | 69 | 79 | 60 | 优良 |
实施例9 | 72 | 86 | 65 | 优异 |
实施例10 | 85 | 105 | 75 | 优良 |
对照实施例1 | 25 | 15 | 45 | 一般 |
对照实施例2 | 45 | 50 | 40 | 一般 |
本发明制备的一种用于熔融层积成型的树脂具有成型速度快、表面质量好、成型效率高和机械性能好等优点,通过表1中数据可知,本发明实施例1-5制备超短玻纤改性ABS树脂的拉伸强度最大为63MPa,较对照实施例1相比其提高152%;冲击强度最大为41 kJ·m-2,较对照实施例1相比其提高173%;用于FDM成型加工时,其成型速度最快为80cm3/h,较对照实施例1相比其提高78%。
本发明实施例6-10制备超短玻纤改性PC树脂的拉伸强度最大为85MPa,较对照实施例2相比其提高89%;冲击强度最大为105 kJ·m-2,较对照实施例2相比其提高110%;用于FDM成型加工时,其成型速度最快为75cm3/h,较对照实施例2相比其提高88%。
此外本发明的树脂制备方法简单,可直接应用和推广于熔融层积成型领域制备具有复杂结构的部件。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于熔融层积成型的树脂,其特征在于:由以下组分按重量份制备而成:
热塑性树脂100份,
超短玻纤5~40份,
偶联剂1~10份,
抗氧剂0.5~3份,
热稳定剂0~5份,
润滑剂0.5~5份。
2.根据权利要求1所述的一种用于熔融层积成型的树脂,其特征在于:所述热塑性树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)或聚碳酸酯(PC)。
3.根据权利要求1所述的一种用于熔融层积成型的树脂,其特征在于:所述超短玻纤的长度为10~1000μm。
4.根据权利要求1所述的一种用于熔融层积成型的树脂:其特征在于:所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种用于熔融层积成型的树脂法,其特征在于:所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种用于熔融层积成型的树脂,其特征在于:所述热稳定剂为硬脂酸钙或硬脂酸钡。
7.根据权利要求1所述的一种用于熔融层积成型的树脂,其特征在于:所述润滑剂为次乙基双硬脂酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物或季戊四醇硬脂酸酯。
8.一种如权利要求1所述的用于熔融层积成型的树脂的制备方法,其特征在于:包含以下步骤:
(1)按配比将热塑性树脂100份、超短玻纤5~40份、偶联剂1~10份、抗氧剂0.5~3份、热稳定剂0~5份以及润滑剂0.5~5份,置于高速混合机中分散10~30分钟;
(2)将分散后的原料通过挤出机,经熔融、塑化、挤出、牵引,制得用于熔融层积成型的树脂;所述挤出机从喂料到机头各区温度分别为170℃~190℃、180℃~200℃、230℃~260℃、230℃~260℃、235℃~265℃、240℃~270℃和235℃~265℃,主机转速350rpm~450rpm。
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