CN106479069A - 一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法 Download PDF

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李枭
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Abstract

本发明公开了一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法,属于聚苯乙烯微球激光烧结成型改性领域。本发明的用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料由以下原料制成:聚苯乙烯微球100份、纳米丁腈橡胶5~45份、增韧剂0.1~0.5份、光稳剂0.1~0.5份、消泡剂0.5~4.5份、流平剂0.5~4.5份、抗氧剂0.1~0.5份。本发明制备的复合材料具有力学强度高、耐磨性好以及成型速度快等特点,同时纳米丁腈橡胶的引入大幅降低了复合材料的综合成本。此外本发明涉及的复合材料制备工艺简单,可在激光烧结成型领域大范围应用和推广。

Description

一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法
技术领域
本发明提供了一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法,属于聚苯乙烯微球激光烧结成型改性领域。
背景技术
激光烧结成型技术又称烧粉成型技术,是一种利用激光对粉末材料进行烧结,通过由点到面、由面到体的过程完成三维制件堆砌的快速成型技术。激光烧结成型技术常用材料为粉末状塑料、陶瓷或金属,成型过程中先利用激光将粉末材料熔融后烧结,然后利用工作组件的调整完成由平面到立体的过程,最终完成具有一定功能性或外观性的三维制件。
工程塑料粉末是激光烧结成型技术常用的塑料粉末材料,其中以尼龙粉末居多,材料在制备过程中需先溶解于有机溶剂,再经过析出结晶和磨粉及筛选等环节,其制备工艺复杂且存在一定的毒害性,对环境亦有污染作用,此外所得材料均一性差,较粉末化之前性能下降严重,存在力学强度低等方面的不足。
针对粉末材料的不足,目前微球类材料在激光烧结成型领域的应用得到飞速发展。其中聚苯乙烯微球是一种粒径可控的高分子量聚苯乙烯微球,较常用粉末工程塑料而言具有分散性好、形状均一等特点。本发明创新性地采用纳米丁腈橡胶改性聚苯乙烯微球复合材料,所制备的复合材料具有力学强度高、耐磨性好以及成型速度快等特点,同时纳米丁腈橡胶的引入大幅降低了复合材料的综合成本。此外本发明涉及的复合材料制备工艺简单,可在激光烧结成型领域大范围应用和推广。
发明内容
本发明提供了一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法,属于聚苯乙烯微球激光烧结成型改性领域。所制备的复合材料具有力学强度高、耐磨性好以及成型速度快等特点,同时纳米丁腈橡胶的引入大幅降低了复合材料的综合成本。此外本发明涉及的复合材料制备工艺简单,可在激光烧结成型领域大范围应用和推广。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法,其特征在于,包含以下组分及重量份含量:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶5~45份,
增韧剂0.1~0.5份,
光稳剂0.1~0.5份,
消泡剂0.5~4.5份,
流平剂0.5~4.5份,
抗氧剂0.1~0.5份。
所述的聚苯乙烯微球为10μm~50μm的高分子量聚苯乙烯微球。
所述的纳米丁腈橡胶为淡黄色粉末状颗粒,核壳结构,直径50nm-100nm。
所述的增韧剂为异氰尿酸三缩水甘油酯或甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物。
所述的光稳剂为氯化苯并三唑或2,4-二羧基二苯甲酮。
所述的消泡剂为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚或聚醚硅氧烷。
所述的流平剂为有机硅-环氧丙烷共聚物或聚二甲基硅氧烷。
所述的抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和 双(2,4—二酷基)季戊四醇二亚磷酸酯的至少一种。
一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料的制备方法,材料的配制包括以下工艺步骤:
(1)在容器中加入所需原料:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶5~45份,
增韧剂0.1~0.5份,
光稳剂0.1~0.5份,
消泡剂0.5~4.5份,
流平剂0.5~4.5份,
抗氧剂0.1~0.5份。
(2)混合后的物料在50~90℃条件下高速搅拌10~30min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
本发明制备的纳米丁腈橡胶改性聚苯乙烯微球复合材料,具有力学强度高、耐磨性好以及成型速度快等特点,具体有益效果如下:
1、纳米丁腈橡胶具有纳米尺寸级别的核壳结构,用以改性聚苯乙烯微球材料可以有效减少产品缺陷,降低力学性能的损失,此外可以作为吸能单元,有效提高复合材料整体的力学强度;
2、复合材料经激光烧结成型后,纳米丁腈橡胶均匀分散于体系内和制品表面,可以有效提高复合材料整体的耐磨性;
3、纳米丁腈橡胶的引入在复合材料成型时起到填充和粘连作用,有效提高了复合材料的成型速度,此外纳米丁腈橡胶的引入大幅降低了复合材料的综合成本。
所以本发明制备的复合材料具有力学强度高、耐磨性好以及成型速度快等特点,同时纳米丁腈橡胶的引入大幅降低了复合材料的综合成本。此外本发明涉及的复合材料制备工艺简单,可在激光烧结成型领域大范围应用和推广。
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。如无特别说明,各实例中所述份数均为重量份。
制备的样品在23℃、50%湿度环境下调节后,分别采用ASTM D638、ASTM D790和ASTM D1242检测拉伸强度、弯曲强度及耐磨性,并记录制件成型速度。
本发明的具体实施例如下:
实例1
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶5份,
增韧剂异氰尿酸三缩水甘油酯0.1份,
光稳剂氯化苯并三唑0.1份,
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚0.5份,
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物0.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.04份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.06份。
(2)混合后的物料在50℃条件下高速搅拌10min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
实例2
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶15份,
增韧剂异氰尿酸三缩水甘油酯0.2份,
光稳剂氯化苯并三唑0.2份,
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚1.5份,
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物1.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.08份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.12份。
(2)混合后的物料在60℃条件下高速搅拌15min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
实例3
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶25份,
增韧剂异氰尿酸三缩水甘油酯0.3份,
光稳剂氯化苯并三唑0.3份,
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚2.5份,
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物2.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.12份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.18份。
(2)混合后的物料在70℃条件下高速搅拌20min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
实例4
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶35份,
增韧剂异氰尿酸三缩水甘油酯0.4份,
光稳剂氯化苯并三唑0.4份,
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚3.5份,
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物3.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.16份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.24份。
(2)混合后的物料在80℃条件下高速搅拌25min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
实例5
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶45份,
增韧剂异氰尿酸三缩水甘油酯0.5份,
光稳剂氯化苯并三唑0.5份,
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚4.5份,
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物4.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.2份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.3份。
(2)混合后的物料在90℃条件下高速搅拌30min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
实例6
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶5份,
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物0.1份,
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.1份,
消泡剂聚醚硅氧烷0.5份,
流平剂聚二甲基硅氧烷0.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.04份,
抗氧剂双(2,4—二酷基)季戊四醇二亚磷酸酯0.06份。
(2)混合后的物料在50℃条件下高速搅拌10min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
实例7
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶15份,
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物0.2份,
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.2份,
消泡剂聚醚硅氧烷1.5份,
流平剂聚二甲基硅氧烷1.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.08份,
抗氧剂双(2,4—二酷基)季戊四醇二亚磷酸酯0.12份。
(2)混合后的物料在60℃条件下高速搅拌15min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
实例8
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶25份,
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物0.3份,
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.3份,
消泡剂聚醚硅氧烷2.5份,
流平剂聚二甲基硅氧烷2.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.12份,
抗氧剂双(2,4—二酷基)季戊四醇二亚磷酸酯0.18份。
(2)混合后的物料在70℃条件下高速搅拌20min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
实例9
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶35份,
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物0.4份,
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.4份,
消泡剂聚醚硅氧烷3.5份,
流平剂聚二甲基硅氧烷3.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.16份,
抗氧剂双(2,4—二酷基)季戊四醇二亚磷酸酯0.24份。
(2)混合后的物料在80℃条件下高速搅拌25min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
实例10
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶45份,
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物0.5份,
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.5份,
消泡剂聚醚硅氧烷4.5份,
流平剂聚二甲基硅氧烷4.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.2份,
抗氧剂双(2,4—二酷基)季戊四醇二亚磷酸酯0.3份。
(2)混合后的物料在90℃条件下高速搅拌30min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得复合材料性能见表一。
对照实例1
(1)在容器中依次加入所需原料并充分混合:
聚苯乙烯微球100份,
增韧剂异氰尿酸三缩水甘油酯0.1份,
光稳剂氯化苯并三唑0.1份,
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚0.5份,
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物0.5份,
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.04份,
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.06份。
(2)混合后的物料在50℃条件下高速搅拌10min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件,并检测相关性能。
所制得聚苯乙烯微球材料性能见表一。
表一:
性能 拉伸强度(MPa) 弯曲强度(MPa) 泰伯磨耗(mg/1000次) 成型速度(cm3/h)
实例1 64 72 13.5 29
实例2 69 76 13.1 32
实例3 74 79 12.7 35
实例4 77 83 12.2 37
实例5 75 81 12.5 36
实例6 65 74 13.5 31
实例7 71 76 13.0 33
实例8 73 78 12.8 34
实例9 76 82 12.5 36
实例10 75 80 13.0 34
对照实例1 48 60 18.0 24
通过本发明制备的纳米丁腈橡胶改性聚苯乙烯微球复合材料具有力学强度高、耐磨性好以及成型速度快等特点。由表一数据可知,拉伸强度最大为77MPa,较改性前提高60.4%;弯曲强度最大为83MPa,较改性前提高38.3%;泰伯磨耗最小为12.2mg/1000次,较改性前降低32.2%;成型速度最快为37cm3/h,较改性前提高54.2%。本发明制备的复合材料具有力学强度高、耐磨性好以及成型速度快等特点,同时纳米丁腈橡胶的引入大幅降低了复合材料的综合成本。此外本发明涉及的复合材料制备工艺简单,可在激光烧结成型领域大范围应用和推广。
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 (9)

1.一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料,其特征在于,由以下重量配比的组分制成:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶5~45份,
增韧剂0.1~0.5份,
光稳剂0.1~0.5份,
消泡剂0.5~4.5份,
流平剂0.5~4.5份,
抗氧剂0.1~0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料,其特征在于,所述的聚苯乙烯微球为10μm~50μm的高分子量聚苯乙烯微球。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料,其特征在于,所述的纳米丁腈橡胶直径50nm-100nm。
4.根据权利要求1所述的一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料,其特征在于,所述的增韧剂为异氰尿酸三缩水甘油酯或甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸酯共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料,其特征在于,所述的光稳剂为氯化苯并三唑或2,4-二羧基二苯甲酮。
6.根据权利要求1所述的一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料,其特征在于,所述的消泡剂为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚或聚醚硅氧烷。
7.根据权利要求1所述的一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料,其特征在于,所述的流平剂为有机硅-环氧丙烷共聚物或聚二甲基硅氧烷。
8.根据权利要求1所述的一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料,其特征在于,所述的抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和 双(2,4—二酷基)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种用于激光烧结成型的聚苯乙烯微球复合材料的制备方法,其特征在于,材料的配制包括以下工艺步骤:
(1)在容器中加入所需原料:
聚苯乙烯微球100份,
纳米丁腈橡胶5~45份,
增韧剂0.1~0.5份,
光稳剂0.1~0.5份,
消泡剂0.5~4.5份,
流平剂0.5~4.5份,
抗氧剂0.1~0.5份;
(2)混合后的物料在50~90℃条件下高速搅拌10~30min至分散均匀;
(3)通过激光烧结快速成型设备将上述材料成型为所需制件。
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