CN106118082B - 一种高韧性3d打印石蜡成型材料及其制备方法 - Google Patents

一种高韧性3d打印石蜡成型材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其原料组分按质量百分比计如下：石蜡30~50%；蜂蜡2~5%；环氧树脂5~10%；固化剂2~3%；粘度调节剂2~20%；增韧聚合物20~30%；高硬度聚合物6~25%；填充材料2~4%；染料0.1~0.3%；相转移剂2~4%。通过加入蜂蜡对该石蜡支撑材料进行物理改性，有效提高其冲击韧性，同时通过加入环氧树脂和相应的固化剂及调整其添加量，在提高该石蜡支撑材料的硬度和强度、减少收缩率的同时，使该石蜡支撑材料与3D打印产品界面的结合强度适中，在后期去除石蜡支撑材料时易剥离、无形变且不影响其对3D打印产品打印过程中的支撑功能。本发明的石蜡支撑材料中加入了增韧聚合物和高硬度聚合物，能有效降低材料针入度和提高材料的韧性，使本发明具有优异的综合性能。

Description

一种高韧性3D打印石蜡成型材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及石蜡支撑材料，特别涉及一种高韧性3D打印石蜡成型材料及其制备方法。
背景技术
熔积成型（FDM——Fused Deposition Modeling）法是3D打印快速成型技术中的一种，该方法使用丝状材料（石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝）为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度（约比熔点高1℃），在计算机的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。目前市场上运用这种技术进行3D打印的主要有由美国3D System公司的Rock Hill，S.C.研发的ProjetTM 3D打印机。这款打印机采用的石蜡成型材料能打印出满足珠宝设计、首饰模型、精密铸造等高精密度和光洁度要求的产品。但用这种石蜡成型材料打印的产品韧性较小，弹性恢复度小，在较小的作用力下就容易造成产品变形或者破损。不利于产品的运输和保存，也限制了3D打印在其他行业的普及。而且3D System 公司提供的成型材料价格昂贵，目前，除了珠宝行业以外，这种价格昂贵的石蜡成型材料不能满足一些比如五金铸件等成本相对较低的行业的需求。由于3D打印技术可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量的优点。各类制造业对3D打印技术的需求也在日益增加，但是由于国内还没有成熟的石蜡成型材料生产技术，石蜡成型材料只能从外国进口，始终制约着3D打印技术在其他行业的应用与发展。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种高韧性3D打印石蜡成型材料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是：一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其原料组分按质量百分比计如下：
石蜡 30~50%；
蜂蜡 2~5%；
环氧树脂 5~10%；
固化剂 2~3%；
粘度调节剂 2~20%；
增韧聚合物 20~30%；
高硬度聚合物 6~25%；
填充材料 2~4%；
染料 0.1~0.3%；
相转移剂 2~4%。
作为上述方案的进一步改进，所述石蜡选自木蜡、费托蜡、植物蜡中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述环氧树脂的软化温度低于60℃。
作为上述方案的进一步改进，所述固化剂选自苯二甲胺或间苯二胺。
作为上述方案的进一步改进，所述粘度调节剂选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、沙索蜡中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述增韧聚合物选自低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、聚1-丁烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述高硬度聚合物选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯腈中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述填充材料为共熔合金；所述染料选自油溶蓝105、科迪B-134、科迪BL05中的至少一种。
作为上述方案的进一步改进，所述相转移剂选自吐温20、吐温21、吐温40、吐温60、吐温61、吐温80、吐温81、吐温85、18-冠醚-6、15-冠醚-5中的至少一种。
一种如上所述的高韧性3D打印石蜡成型材料的制备方法，其包括如下工艺步骤：
（1）将原料组分按质量百分比计加入石蜡、蜂蜡、环氧树脂、增韧聚合物、高硬度聚合物到反应釜中，搅拌均匀，再缓慢加入固化剂、填充材料、染料、相转移剂，同时逐步加热到110℃，调节搅拌转速为850~1200r/min，反应6h；
（2）待反应完全后缓慢加入粘度调节剂调节材料粘度为15cps，得半成品；
（3）将上述半成品依次通过500μm、20μm、10μm、5μm的滤芯，得成品。
本发明的有益效果是：通过加入蜂蜡对该石蜡支撑材料进行物理改性，有效提高其冲击韧性，同时通过加入环氧树脂和相应的固化剂及调整其添加量，在提高该石蜡支撑材料的硬度和强度、减少收缩率的同时，使该石蜡支撑材料与3D打印产品界面的结合强度适中，在后期去除石蜡支撑材料时易剥离、无形变且不影响其对3D打印产品打印过程中的支撑功能。本发明的石蜡支撑材料中加入了增韧聚合物和高硬度聚合物，能有效降低材料针入度和提高材料的韧性，使本发明具有优异的综合性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品。
实施例1
一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其原料组分按质量百分比计如下：
植物蜡 50%；
蜂蜡 3%；
环氧树脂 5%；
苯二甲胺 2%；
粘度调节剂 7%；
增韧聚合物 20%；
聚苯乙烯 6%；
共熔合金 4%；
染料 0.1%；
相转移剂 2.9%；
其中，环氧树脂的软化温度低于60℃；粘度调节剂为聚乙烯蜡和氧化聚乙烯蜡的混合物；增韧聚合物为低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯和聚氯乙烯的混合物；染料为油溶蓝105和科迪B-134的混合物；相转移剂为吐温60、吐温80和18-冠醚-6的混合物。
制备方法：
（1）将原料组分按质量百分比计加入植物蜡、蜂蜡、环氧树脂、增韧聚合物、聚苯乙烯到反应釜中，搅拌均匀，再缓慢加入苯二甲胺、共熔合金、染料、相转移剂，同时逐步加热到110℃，调节搅拌转速为900r/min，反应6h；
（2）待反应完全后缓慢加入粘度调节剂调节材料粘度为15cps，得半成品；
（3）将上述半成品依次通过500μm、20μm、10μm、5μm的滤芯，得成品。
实施例2
一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其原料组分按质量百分比计如下：
石蜡 30%；
蜂蜡 5%；
环氧树脂 7%；
间苯二胺 3%；
粘度调节剂 3%；
增韧聚合物 30%；
高硬度聚合物 15%；
共熔合金 2.7%；
科迪BL05 0.3%；
相转移剂 4%。
其中，环氧树脂的软化温度低于60℃；石蜡为木蜡和费托蜡的混合物；粘度调节剂为聚丙烯蜡和沙索蜡的混合物；增韧聚合物为聚1-丁烯、聚丙烯、醋酸纤维素和聚碳酸酯的混合物；高硬度聚合物为聚甲基丙烯酸酯和苯乙烯-丙烯腈中的混合物；相转移剂为吐温20、吐温21、吐温40、吐温61、吐温80、吐温85和15-冠醚-5的混合物。
制备方法：
（1）将原料组分按质量百分比计加入石蜡、蜂蜡、环氧树脂、增韧聚合物、高硬度聚合物到反应釜中，搅拌均匀，再缓慢加入间苯二胺、共熔合金、科迪BL05、相转移剂，同时逐步加热到110℃，调节搅拌转速为1200r/min，反应6h；
（2）待反应完全后缓慢加入粘度调节剂调节材料粘度为15cps，得半成品；
（3）将上述半成品依次通过500μm、20μm、10μm、5μm的滤芯，得成品。
实施例3
一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其原料组分按质量百分比计如下：
石蜡 34%；
蜂蜡 2%；
环氧树脂 5%；
苯二甲胺 2%；
粘度调节剂 2%；
增韧聚合物 24%；
高硬度聚合物 25%；
共熔合金 3%；
染料 0.2%；
吐温40 2.8%。
其中，环氧树脂的软化温度低于60℃；石蜡为木蜡、费托蜡和植物蜡的混合物；粘度调节剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡和沙索蜡的混合物；增韧聚合物为低密度聚乙烯、聚1-丁烯、醋酸纤维素和聚碳酸酯的混合物；高硬度聚合物为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯和苯乙烯-丙烯腈中的混合物；染料为油溶蓝105、科迪B-134和科迪BL05的混合物。
制备方法：
（1）将原料组分按质量百分比计加入石蜡、蜂蜡、环氧树脂、增韧聚合物、高硬度聚合物到反应釜中，搅拌均匀，再缓慢加入苯二甲胺、共熔合金、染料、吐温40，同时逐步加热到110℃，调节搅拌转速为850r/min，反应6h；
（2）待反应完全后缓慢加入粘度调节剂调节材料粘度为15cps，得半成品；
（3）将上述半成品依次通过500μm、20μm、10μm、5μm的滤芯，得成品。
实施例4
一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其原料组分按质量百分比计如下：
木蜡 40%；
蜂蜡 2%；
环氧树脂 5%；
间苯二胺 2%；
氧化聚乙烯蜡 20%；
低密度聚乙烯 20%；
苯乙烯-丙烯腈 6%；
共熔合金 2%；
油溶蓝105 0.3%；
相转移剂 2.7%。
其中，环氧树脂的软化温度低于60℃；相转移剂为吐温81、18-冠醚-6和15-冠醚-5的混合物。
制备方法：
（1）将原料组分按质量百分比计加入木蜡、蜂蜡、环氧树脂、低密度聚乙烯、苯乙烯-丙烯腈到反应釜中，搅拌均匀，再缓慢加入间苯二胺、共熔合金、油溶蓝105、相转移剂，同时逐步加热到110℃，调节搅拌转速为850~1200r/min，反应6h；
（2）待反应完全后缓慢加入氧化聚乙烯蜡调节材料粘度为15cps，得半成品；
（3）将上述半成品依次通过500μm、20μm、10μm、5μm的滤芯，得成品。
上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (9)

1.一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其特征在于：原料组分按质量百分比计如下：
所述环氧树脂的软化温度低于60℃。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其特征在于：所述石蜡选自木蜡、费托蜡、植物蜡中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其特征在于：所述固化剂选自苯二甲胺或间苯二胺。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其特征在于：所述粘度调节剂选自聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、沙索蜡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其特征在于：所述增韧聚合物选自低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、聚1-丁烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其特征在于：所述高硬度聚合物选自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯腈中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其特征在于：所述填充材料为共熔合金；所述染料选自油溶蓝105、科迪B-134、科迪BL05中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种高韧性3D打印石蜡成型材料，其特征在于：所述相转移剂选自吐温20、吐温21、吐温40、吐温60、吐温61、吐温80、吐温81、吐温85、18-冠醚-6、15-冠醚-5中的至少一种。
9.一种制备如权利要求1～8任一项所述的高韧性3D打印石蜡成型材料的方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：
(1)将原料组分按质量百分比计加入石蜡、蜂蜡、环氧树脂、增韧聚合物、高硬度聚合物到反应釜中，搅拌均匀，再缓慢加入固化剂、填充材料、染料、相转移剂，同时逐步加热到110℃，调节搅拌转速为850～1200r/min，反应6h；
(2)待反应完全后缓慢加入粘度调节剂调节材料粘度为15cps，得半成品；
(3)将上述半成品依次通过500μm、20μm、10μm、5μm的滤芯，得成品。
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