CN105504759B - 一种3d打印用abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种3d打印用abs复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印用ABS复合材料及其制备方法；所述的3D打印用ABS复合材料由ABS、PC、增容剂和白炭黑混合构成，各材料的重量份数为：ABS材料40份；PC材料60份；增容剂2‑10份；白炭黑0‑2份；本发明通过不同增容剂对ABS/PC复合材料改性，增强界面粘结力，通过熔融共混挤出法将增容剂与复合材料进行共混，制备出3D打印用ABS/PC复合材料，对ABS/PC复合材料增韧效果明显，改善了单一的ABS材料比较脆、耐热性较差，PC加工流动性差的缺点；同时，本发明的材料应用于3D打印中，打印产品性能较好，不易碎裂，并且具有阻燃效果。

Description

一种3D打印用ABS复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种3D打印用ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。
3D打印技术出现至今已有20多年历史，该技术基于离散-堆积原理，是一种先进的增材制造技术；由于ABS树脂具有易加工性，低蠕变性以及优异的的尺寸稳定性和高抗冲击强度等特点，可被应用于3D打印材料中。但由于ABS材料本身比较脆、可燃、耐热性较差等缺点限制了ABS在3D打印领域的使用效果，因此需要改性处理。PC作为无定形态，综合性能优异，但加工流动性差；ABS加工流动性好，但热变形温度较低，两者共混可弥补相互缺点，相界面粘结力差，从而造成复合材料的冲击韧性降低。而ABS/PC共混可使复合材料具有较好的性能，强度和韧性都有较好的改善。
因此，需要对ABS/PC材料进行复合以增韧改性，目前ABS/PC复合材料的增韧、增强改性主要是根据物理性增强和反应性增容原理，加入增容剂，加入白炭黑进行增强，或者在ABS/PC复合材料熔融挤出的时候添加酯交换剂。但PC与ABS的相容性与两种材料的型号、配比、及加工工艺等因素相关，并且现有的PC/ABS合金材料，基本用于汽车、家电、建筑等方面，在3D打印材料方面少有涉及。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种3D打印用ABS复合材料及其制备方法，通过不同增容剂对ABS/PC复合材料改性，增强界面粘结力，通过熔融共混挤出法将增容剂与复合材料进行共混，制备出3D打印用ABS/PC复合材料。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种3D打印用ABS复合材料，由ABS、PC、增容剂和白炭黑混合构成，各材料的重量份数为：ABS材料40份；PC材料60份；增容剂2-10份；白炭黑0-2份。
作为优选，进一步，所述的增溶剂为E-BA、E-MA-GMA、EVA-g-MHA、E-MA-MAH中的一种或几种。
作为优选，进一步，所述的增溶剂为E-BA的重量份数为4份、时,或E-MA-GMA的重量份数为6份时，3D打印用ABS复合材料的增韧效果达到最佳。
作为优选，进一步，所述的白炭黑时的重量份数为1.5份时改性效果最佳。
上述3D打印用ABS复合材料的制备方法，包括以下具体步骤：
1)ABS与PC的预处理
将ABS在60℃下鼓风干燥箱12h，PC在120℃下鼓风干燥箱12h；
2)容剂与ABS/PC复合材料的共混
将ABS、PC、增容剂、白炭黑分别加入第一、第二、第三、第四失重秤，从主喂料口加入ABS和PC，从侧喂料口加入增容剂、白炭黑，通过失重秤精确调节各组分的含量，加工温度为240-250℃，将混合材料用双螺杆挤出机加工挤出，挤出的料条经传送带输送、空气冷却、切粒即得到本发明所述的3D打印ABS复合材料。
作为优选，进一步，在第二步用双螺杆挤出机加工挤出时，首先对双螺杆挤出机各工艺段温度进行设定，各工艺段温度为230℃，235℃，240℃，245℃，250℃，250℃，250℃，250℃，200℃，180℃。
作为优选，进一步，当双螺杆挤出机各工艺段温度达到设定值后，先打开第一失重秤，以20kg/h的喂料速度从主喂料口加入ABS料，待口模挤出ABS后，打了第二失重秤，以15kg/h的速度加入PC，待双螺杆挤出机运行平稳后，打开侧喂料口和第三第四失重秤，以2.3kg/h的速度加入增容剂和白炭黑，控制螺杆转速在70-90rad/min之间，调整侧喂料口喂料速度，得到不同配方。
作为优选，进一步，在第二步中，所述的双螺杆挤出机的扭矩不超过设备负荷的80份，机头熔体温度不超过170℃。
本发明的有益效果为：
1、本发明利用增溶剂、白炭黑制备3D打印用ABS/PC增韧增强合金材料及制备方法，使用增容剂E-BA、E-MA-GMA制备的ABS与PC重量比为40:60的材料增韧效果明显，改善了单一的ABS材料比较脆、耐热性较差，PC加工流动性差的缺点，该材料应用于3D打印中，打印产品性能较好，不易碎裂，并且具有阻燃效果。
2、复合材料制备过程中，复合材料是在采用增容剂和白炭黑ABS与PC增韧增强合金材料，对增容剂和白炭黑进行合理配比后，针对复合材料加工的工艺中的温度、各材料添加次序以及双螺杆挤出机的剪切作用对复合材料的进一步混合作用等工艺参数的整体配合改进得到的产品性能较好、不易碎裂，具有阻燃效果、增韧效果明显的3D打印材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种3D打印用ABS复合材料，由ABS、PC、增容剂混合构成，各材料的重量份数为：ABS材料40份；PC材料60份；增容剂2份；其具体的制备方法步骤为：
1)ABS与PC的预处理
将ABS在60℃下鼓风干燥箱12h，PC在120℃下鼓风干燥箱12h；
2)容剂与ABS/PC复合材料的共混
将ABS、PC、增容剂、白炭黑分别加入第一、第二、第三、第四失重秤，从主喂料口加入ABS和PC，从侧喂料口加入增容剂、白炭黑，通过失重秤精确调节各组分的含量，加工温度为240-250℃，将混合材料用双螺杆挤出机加工挤出，用双螺杆挤出机加工挤出时，首先对双螺杆挤出机各工艺段温度进行设定，各工艺段温度为230℃，235℃，240℃，245℃，250℃，250℃，250℃，250℃，200℃，180℃；当双螺杆挤出机各工艺段温度达到设定值后，先打开第一失重秤，以20kg/h的喂料速度从主喂料口加入ABS料，待口模挤出ABS后，打了第二失重秤，以15kg/h的速度加入PC，待双螺杆挤出机运行平稳后，打开侧喂料口和第三第四失重秤，以2.3kg/h的速度加入增容剂和白炭黑，控制螺杆转速在70-90rad/min之间，双螺杆挤出机的扭矩不超过设备负荷的80份，机头熔体温度不超过170℃；调整侧喂料口喂料速度，得到ABS材料40份；PC材料60份；增容剂2份的配方；将挤出的料条经传送带输送、空气冷却、切粒即得到本发明所述的3D打印ABS复合材料。
实施例2
一种3D打印用ABS复合材料，由ABS、PC、增容剂混合构成，各材料的重量份数为：ABS材料40份；PC材料60份；增容剂4份、白炭黑0.5份；其具体的制备方法步骤为：
1)ABS与PC的预处理
将ABS在60℃下鼓风干燥箱12h，PC在120℃下鼓风干燥箱12h；
2)容剂与ABS/PC复合材料的共混
将ABS、PC、增容剂、白炭黑分别加入第一、第二、第三、第四失重秤，从主喂料口加入ABS和PC，从侧喂料口加入增容剂、白炭黑，通过失重秤精确调节各组分的含量，加工温度为240-250℃，将混合材料用双螺杆挤出机加工挤出，用双螺杆挤出机加工挤出时，首先对双螺杆挤出机各工艺段温度进行设定，各工艺段温度为230℃，235℃，240℃，245℃，250℃，250℃，250℃，250℃，200℃，180℃；当双螺杆挤出机各工艺段温度达到设定值后，先打开第一失重秤，以20kg/h的喂料速度从主喂料口加入ABS料，待口模挤出ABS后，打了第二失重秤，以15kg/h的速度加入PC，待双螺杆挤出机运行平稳后，打开侧喂料口和第三第四失重秤，以2.3kg/h的速度加入增容剂和白炭黑，控制螺杆转速在70-90rad/min之间，双螺杆挤出机的扭矩不超过设备负荷的80份，机头熔体温度不超过170℃；调整侧喂料口喂料速度，得到：ABS材料40份；PC材料60份；增容剂4份、白炭黑0.5份的配方；将挤出的料条经传送带输送、空气冷却、切粒即得到本发明所述的3D打印ABS复合材料。
实施例3
一种3D打印用ABS复合材料，由ABS、PC、增容剂混合构成，各材料的重量份数为：ABS材料40份；PC材料60份；增容剂6份、白炭黑1份；其具体的制备方法步骤为：
1)ABS与PC的预处理
将ABS在60℃下鼓风干燥箱12h，PC在120℃下鼓风干燥箱12h；
2)容剂与ABS/PC复合材料的共混
将ABS、PC、增容剂、白炭黑分别加入第一、第二、第三、第四失重秤，从主喂料口加入ABS和PC，从侧喂料口加入增容剂、白炭黑，通过失重秤精确调节各组分的含量，加工温度为240-250℃，将混合材料用双螺杆挤出机加工挤出，挤出的料条经传送带输送、空气冷却、切粒即得到本发明所述的3D打印ABS复合材料。
在第二步用双螺杆挤出机加工挤出时，首先对双螺杆挤出机各工艺段温度进行设定，各工艺段温度为230℃，235℃，240℃，245℃，250℃，250℃，250℃，250℃，200℃，180℃；当双螺杆挤出机各工艺段温度达到设定值后，先打开第一失重秤，以20kg/h的喂料速度从主喂料口加入ABS料，待口模挤出ABS后，打了第二失重秤，以15kg/h的速度加入PC，待双螺杆挤出机运行平稳后，打开侧喂料口和第三第四失重秤，以2.3kg/h的速度加入增容剂和白炭黑，控制螺杆转速在70-90rad/min之间，双螺杆挤出机的扭矩不超过设备负荷的80份，机头熔体温度不超过170℃；调整侧喂料口喂料速度，得到ABS材料40份；PC材料60份；增容剂6份、白炭黑1份的配方。
实施例4
一种3D打印用ABS复合材料，由ABS、PC、增容剂混合构成，各材料的重量份数为：ABS材料40份；PC材料60份；增容剂8份、白炭黑1.5份；其具体的制备方法步骤为：
1)ABS与PC的预处理
将ABS在60℃下鼓风干燥箱12h，PC在120℃下鼓风干燥箱12h；
2)容剂与ABS/PC复合材料的共混
将ABS、PC、增容剂、白炭黑分别加入第一、第二、第三、第四失重秤，从主喂料口加入ABS和PC，从侧喂料口加入增容剂、白炭黑，通过失重秤精确调节各组分的含量，加工温度为240-250℃，将混合材料用双螺杆挤出机加工挤出，
用双螺杆挤出机加工挤出时，首先对双螺杆挤出机各工艺段温度进行设定，各工艺段温度为230℃，235℃，240℃，245℃，250℃，250℃，250℃，250℃，200℃，180℃；当双螺杆挤出机各工艺段温度达到设定值后，先打开第一失重秤，以20kg/h的喂料速度从主喂料口加入ABS料，待口模挤出ABS后，打了第二失重秤，以15kg/h的速度加入PC，待双螺杆挤出机运行平稳后，打开侧喂料口和第三第四失重秤，以2.3kg/h的速度加入增容剂和白炭黑，控制螺杆转速在70-90rad/min之间，双螺杆挤出机的扭矩不超过设备负荷的80份，机头熔体温度不超过170℃；调整侧喂料口喂料速度，得到ABS材料40份；PC材料60份；增容剂8份、白炭黑1.5份的配方；将挤出的料条经传送带输送、空气冷却、切粒即得到本发明所述的3D打印ABS复合材料。
实施例5
一种3D打印用ABS复合材料，由ABS、PC、增容剂混合构成，各材料的重量份数为：ABS材料40份；PC材料60份；增容剂10份、白炭黑2份；其具体的制备方法步骤为：
1)ABS与PC的预处理
将ABS在60℃下鼓风干燥箱12h，PC在120℃下鼓风干燥箱12h；
2)容剂与ABS/PC复合材料的共混
将ABS、PC、增容剂、白炭黑分别加入第一、第二、第三、第四失重秤，从主喂料口加入ABS和PC，从侧喂料口加入增容剂、白炭黑，通过失重秤精确调节各组分的含量，加工温度为240-250℃，将混合材料用双螺杆挤出机加工挤出，
用双螺杆挤出机加工挤出时，首先对双螺杆挤出机各工艺段温度进行设定，各工艺段温度为230℃，235℃，240℃，245℃，250℃，250℃，250℃，250℃，200℃，180℃；当双螺杆挤出机各工艺段温度达到设定值后，先打开第一失重秤，以20kg/h的喂料速度从主喂料口加入ABS料，待口模挤出ABS后，打了第二失重秤，以15kg/h的速度加入PC，待双螺杆挤出机运行平稳后，打开侧喂料口和第三第四失重秤，以2.3kg/h的速度加入增容剂和白炭黑，控制螺杆转速在70-90rad/min之间，双螺杆挤出机的扭矩不超过设备负荷的80份，机头熔体温度不超过170℃；调整侧喂料口喂料速度，得到ABS材料40份；PC材料60份；增容剂10份、白炭黑2份的配方；将挤出的料条经传送带输送、空气冷却、切粒即得到本发明所述的3D打印ABS复合材料。
实验分析
表1不同配方各组分的含量
原料 配方1 配方2 配方3 配方4 配方5
ABS 40 40 40 40 40
PC 60 60 60 60 60
增容剂 2 4 6 8 10
白炭黑 0 0.5 1 1.5 2
表2不同配方性能比较
由表2可以看出，采用四种增容剂对ABS/PC(40:60)进行增韧改性，其中增容剂E-BA、E-MA-GMA对ABS/PC(40:60)复合材料的增韧效果最明显。当E-BA含量为4份时,E-MA-GMA含量为6份时材料的增韧效果达到最佳；白炭黑含量为1.5份时改性效果最佳。
本发明利用增溶剂、白炭黑制备3D打印用ABS/PC增韧增强合金材料及制备方法，使用增容剂E-BA、E-MA-GMA制备的ABS与PC重量比为40:60的材料增韧效果明显，改善了单一的ABS材料比较脆、耐热性较差，PC加工流动性差的缺点。该材料应用于3D打印中，打印产品性能较好，不易碎裂，并且具有阻燃效果。
最终，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种3D打印用ABS复合材料，其特征在于：所述的3D打印用ABS复合材料由ABS、PC、增容剂和白炭黑混合构成，各材料的重量份数为：ABS材料40份；PC材料60份；增容剂8份；白炭黑1.5份，其中所述增容剂为E-MA-GMA，即乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元接枝共聚物；
所述复合材料是用下述方法制备得到的：
1)ABS与PC的预处理
将ABS在60℃下鼓风干燥箱12h，PC在120℃下鼓风干燥箱12h；
2)增容剂与ABS/PC复合材料的共混
将ABS、PC、增容剂、白炭黑分别加入第一、第二、第三、第四失重秤，从主喂料口加入ABS和PC，从侧喂料口加入增容剂、白炭黑，通过失重秤精确调节各组分的含量，加工温度为240-250℃，将混合材料用双螺杆挤出机加工挤出，
用双螺杆挤出机加工挤出时，首先对双螺杆挤出机各工艺段温度进行设定，各工艺段温度为230℃，235℃，240℃，245℃，250℃，250℃，250℃，250℃，200℃，180℃；当双螺杆挤出机各工艺段温度达到设定值后，先打开第一失重秤，以20kg/h的喂料速度从主喂料口加入ABS料，待口模挤出ABS后，打了第二失重秤，以15kg/h的速度加入PC，待双螺杆挤出机运行平稳后，打开侧喂料口和第三第四失重秤，以2.3kg/h的速度加入增容剂和白炭黑，控制螺杆转速在70-90rad/min之间，双螺杆挤出机的扭矩不超过设备负荷的80份，机头熔体温度不超过170℃；调整侧喂料口喂料速度，得到ABS材料40份；PC材料60份；增容剂8份、白炭黑1.5份的配方；将挤出的料条经传送带输送、空气冷却、切粒即得到所述的复合材料。
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