CN104072935A - 一种用于3d打印的abs材料及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于3D打印的ABS材料，由下述重量份的组分组成：ABS树脂50～70份；增韧剂10～30份；扩散剂7～9份；润滑剂3～5份；粘结剂5～15份。本发明还公开了一种制备这种ABS材料的工艺。本发明通过具有不同橡胶粒径的本体ABS的混合集配，加入玻璃纤维等，实现了对ABS树脂的增强增韧，使其可以更好的用于3D打印。本发明提供的ABS材料可用于制备三维打印熔融沉积快速成型的打印材料。

Description

一种用于3D打印的ABS材料及其制造工艺
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别涉及应用于3D打印的ABS材料；本发明还涉及一种制备这种ABS材料的工艺。
背景技术
3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术一般应用在模具制造及工业设计等领域，特别是应用于生产前的样品制造，而随着技术的发展，也逐渐用于一些产品的直接制造。现有技术中，3D打印常用的塑胶材料的ABS材料，采用“层层叠加，层间粘接”的制造方法，但是受限于材料本身的强度及粘结性能，打印出来的产品强度不够，很容易出现破碎、开裂等问题，这样就极大的滞碍了3D打印技术的发展。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用于3D打印的ABS材料，本发明还提供一种制备这种ABS材料的工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于3D打印的ABS材料，由下述重量份的组分组成：
ABS树脂50～70份；
增韧剂10～30份；
扩散剂7～9份；
润滑剂3～5份；
粘结剂5～15份。
作为上述方案的进一步改进方式，所述ABS树脂为下列之一或者其中两种以上的混合物：橡胶粒径为0.8～1.0μm的本体ABS；橡胶粒径为0.1～0.2μm的本体ABS；橡胶粒径为1.5～3.0μm的本体ABS。优选地，所述ABS树脂由下述重量份的组分组成：0.8～1.0μm的本体ABS，30～50份；橡胶粒径为0.1～0.2μm的本体ABS，10～30份；橡胶粒径为1.5～3.0μm的本体ABS，30～45份。这样混合后的ABS树脂中，橡胶粒径的分布呈现多峰，具有较好的增强增韧效果。
作为上述方案的进一步改进方式，增韧剂为：玻璃纤维，其单丝直径为3～10μm，长径比L/D=5～15；优选地单丝直径为3～5μm，长径比L/D为8～10。玻璃纤维和ABS中的不同粒径的橡胶颗粒配合，可以达到更好的增强增韧效果，同时在3D打印成型，玻璃纤维可以增强层与层之间的连接强度。
作为上述方案的进一步改进方式，扩散剂为亚甲基双萘磺酸钠。
作为上述方案的进一步改进方式，润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺。
作为上述方案的进一步改进方式，粘结剂为乙酸乙酯。
上述实施例的ABS材料中，还可以增加其他添加剂组分，其用量足以使配混物获得所需的加工性质或使用性能。添加剂的量不应造成浪费或对配混物的加工或使用性能有害。热塑性配混领域的技术人员无需过多的实验，仅须参考一些文献，例如来自“塑料设计库”的“塑料添加剂数据库”，就能够选择不同类型的添加剂加入本发明的配混物中。任选的添加剂的包括:颜料、香料、杀生物剂（抗菌剂、杀真菌剂和防霉剂）、抗雾化剂、抗静电剂、加工助剂、脱模剂、隔离剂、稳定剂、紫外光吸收剂、粘度调节剂中的一种或多种。
具体地，本发明也提供了一种制备上述ABS材料的方法，包括步骤：
1）准备如权利要求1所述的ABS材料的各组分，常温搅拌混合均匀，优选地，采用混炼机于常温条件下混合搅拌10～40分钟后，形成混合均匀的物料；
2）将混合均匀的物料投放进平行双螺杆挤出机，180～220℃条件下进行熔融塑化，形成熔体；优选地，采用长径比(L/D)为小于等于1/36的平行双螺杆挤出机，在180～220℃条件下进行熔融塑化，形成熔体；其反应温度为：后段190～210℃，中段200～220℃，前段210～230℃，螺杆转速为120～180rpm；
3）将熔体进一步均匀混炼，经过平行双螺杆挤出机口模压挤出、成型冷却。
上述步骤3）中，熔体挤出后可以使用常用的水下切粒机进行造粒，制得颗粒形式的ABS材料；也可以制得丝条形式的ABS材料；或者进行进一步研磨制得粉状的材料。
本发明的有益效果是：本发明通过在具有不同橡胶粒径的本体ABS的混合集配，增强增韧，进一步的加入玻璃纤维，配合ABS中的橡胶颗粒增强增韧，并增加其制成的3D打印产品层间的连接强度；由于ABS树脂中的腈基是较强的极性基团，而乙酸乙酯作为一种极性基团可改善极性被粘物之间的黏结性能，通过加入乙酸乙酯，可使ABS材料间的互相粘结的更加紧密，在另一方面增强了以这材料制成的3D打印产品的强度，扩散剂的加入进一步改善了各组分的均匀混合，以达到更好的材料性能。本发明的ABS材料可用于制备三维打印熔融沉积快速成型的打印材料。
具体实施方式
实施例1
ABS材料包括ABS树脂50kg，其中包括：橡胶粒径为0.8～1.0μm的本体ABS 50kg；单丝直径为3～10μm长径比L/D=5的玻璃纤维10kg；亚甲基双萘磺酸钠8kg；乙撑双硬脂酸酰胺3kg；乙酸乙酯5kg；
将上述各组分在混炼机里于常温条件下混合搅拌10分钟后经长径比(L/D)为1/25双螺杆挤出机挤出成型，其反应温度为：后段 200℃，中段200℃，前段210℃，螺杆转速为120rpm。
实施例2
ABS材料包括ABS树脂65 kg，其中包括橡胶粒径为0.8～1.0μm的本体ABS 35kg，橡胶粒径为0.1～0.2μm的本体ABS 30kg；单丝直径为3～5μm，长径比L/D=15的玻璃纤维15kg；亚甲基双萘磺酸钠8kg；乙撑双硬脂酸酰胺4kg；乙酸乙酯7kg；
将上述各组分在混炼机里于常温条件下混合搅拌20分钟后经长径比(L/D)为1/36的平行双螺杆挤出机挤出成型，其反应温度为：后段190℃，中段210℃，前段220℃，螺杆转速为180rpm。
实施例3
ABS材料包括ABS树脂70kg，其中包括橡胶粒径为0.8～1.0μm的本体ABS 30kg，橡胶粒径为0.1～0.2μm的本体ABS 15kg，橡胶粒径为1.5～3.0μm的本体ABS 25kg；单丝直径为3～5μm，长径比L/D=10的玻璃纤维20kg；亚甲基双萘磺酸钠7kg；乙撑双硬脂酸酰胺5kg；乙酸乙酯10kg；
将上述各组分在混炼机里于常温条件下混合搅拌40分钟后经长径比(L/D)为1/36的平行双螺杆挤出机挤出成型，其反应温度为：后段210℃，中段210℃，前段230℃，螺杆转速为160rpm。
实施例4
ABS材料包括ABS树脂70kg，其中包括橡胶粒径为0.8～1.0μm的本体ABS 35kg，橡胶粒径为0.1～0.2μm的本体ABS 21kg，橡胶粒径为1.5～3.0μm的本体ABS 14kg；单丝直径为3～5μm，长径比L/D=10的玻璃纤维30kg；亚甲基双萘磺酸钠9kg；乙撑双硬脂酸酰胺5kg；乙酸乙酯15kg；
将上述各组分在混炼机里于常温条件下混合搅拌40分钟后经长径比(L/D)为1/36的平行双螺杆挤出机挤出成型，其反应温度为：后段200℃，中段220℃，前段230℃，螺杆转速为150rpm。
实施例5
ABS材料包括ABS树脂70kg，其中包括橡胶粒径为0.8～1.0μm的本体ABS 21kg，橡胶粒径为0.1～0.2μm的本体ABS 19kg，橡胶粒径为1.5～3.0μm的本体ABS 30kg；单丝直径为3～5μm，长径比L/D=10的玻璃纤维25kg；亚甲基双萘磺酸钠8kg；乙撑双硬脂酸酰胺5kg；乙酸乙酯15kg；
将上述各组分在混炼机里于常温条件下混合搅拌40分钟后经长径比(L/D)为1/36的平行双螺杆挤出机挤出成型，其反应温度为：后段200℃，中段210℃，前段230℃，螺杆转速为180rpm。
由上述实施例1至5得到的ABS材料和Stratasys公司研发的专用3D打印材料的ABS plus材料，采用Stratasys公司生产的Dimension BST/SST1200es系列3D打印机，打印出各种符合ASTM标准力学性能测试样条，进行性能测试,测试标准如表1所示:
表1测试标准
各实施例样品与对比例样品测试结果如表2所示:
表2测试结果
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种应用于3D打印的ABS材料，其特征在于：由下述重量份的组分组成：
ABS树脂50～70份；
增韧剂10～30份；
扩散剂7～9份；
润滑剂3～5份；
粘结剂5～15份。
2.根据权利要求1所述的ABS材料，其特征在于：所述ABS树脂为下列之一或者其中两种以上的混合物：橡胶粒径为0.8～1.0μm的本体ABS；橡胶粒径为0.1～0.2μm的本体ABS；橡胶粒径为1.5～3.0μm的本体ABS。
3.根据权利要求2所述的ABS材料，其特征在于：所述ABS树脂由下述重量份的组分组成：
橡胶粒径为0.8～1.0μm的本体ABS，30～50份；
橡胶粒径为0.1～0.2μm的本体ABS，10～30份；
橡胶粒径为1.5～3.0μm的本体ABS，30～45份。
4.根据权利要求1所述的ABS材料，其特征在于：所述增韧剂为玻璃纤维，其单丝直径为3～10μm，长径比为5～15。
5.根据权利要求4所述的ABS材料，其特征在于：所述增韧剂为玻璃纤维，其单丝直径为3～5μm，长径比为8～10。
6.根据权利要求1所述的ABS材料，其特征在于：所述扩散剂为亚甲基双萘磺酸钠。
7.根据权利要求1所述的ABS材料，其特征在于：所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺。
8.根据权利要求1所述的ABS材料，其特征在于：所述粘结剂为乙酸乙酯。
9.一种制备如权利要求1所述的ABS材料的方法，包括以下步骤：
1）准备如权利要求1所述的ABS材料的各组分，常温搅拌混合均匀；
2）将混合均匀的物料投放平行双螺杆挤出机，在180～220℃条件下进行熔融塑化，形成熔体；
3）将熔体进一步均匀混炼，经过平行双螺杆挤出机口模压挤出、成型冷却。
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