CN106674951A - 3d打印pc‑amma材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印PC‑AMMA材料及其制备方法，该制备方法包括：1)将PC置于酸液中浸泡、过滤取滤饼，然后将糠醇、月桂醇硫酸钠、聚醚醚酮、甲基纤维素、碳酸钙、粉煤灰、蜂胶、氧化锆、氨丙基三乙氧基硅烷、甲壳素与滤饼进行熔融以制得第一熔融物；2)将AMMA、季戊四醇、椰子油、二茂铁、硼砂、碳纳米管与聚环氧乙烷进行熔融以制得第二熔融物；3)将第一熔融物与第二熔融物进行共混、成型造粒以制得PC‑AMMA颗粒；4)将PC‑AMMA颗粒进行研磨以制得3D打印PC‑AMMA材料。该3D打印PC‑AMMA材料具有优异的强度、韧性和耐热性，同时该制备方法具有原料易得，工序简单的特点。

Description

3D打印PC-AMMA材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印材料，具体地，涉及3D打印PC-AMMA材料及其制备方法。
背景技术
3D打印材料是3D打印技术发展的重要物质基础，在某种程度上，材料的发展是决定着3D打印能否有得到更广泛的应用的决定性因素。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料。
工程塑料指的是被用作工业零件或外壳材料的工业用塑料，其要求是具有优异的强度、耐冲击性、耐热性、硬度以及抗老化性能，常见的有AMMA塑料、PC塑料以及尼龙等。虽然，这些材料自身均具有优异的性能，但是也存在一定的缺陷，难以完全胜任工程塑料的要求；同时这些单一材料之间的兼容性也较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印PC-AMMA材料及其制备方法，该3D打印PC-AMMA材料具有优异的强度、韧性和耐热性，同时该制备方法具有原料易得，工序简单的特点。
为了实现上述目的，本发明提供了一种3D打印PC-AMMA材料的制备方法，包括：
1)将PC(聚碳酸酯)置于酸液中浸泡、过滤取滤饼，然后将糠醇、月桂醇硫酸钠、聚醚醚酮、甲基纤维素、碳酸钙、粉煤灰、蜂胶、氧化锆、氨丙基三乙氧基硅烷、甲壳素与滤饼进行熔融以制得第一熔融物；
2)将AMMA(丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物)、季戊四醇、椰子油、二茂铁、硼砂、碳纳米管与聚环氧乙烷进行熔融以制得第二熔融物；
3)将第一熔融物与第二熔融物进行共混、成型造粒以制得PC-AMMA颗粒；
4)将PC-AMMA颗粒进行研磨以制得3D打印PC-AMMA材料。
本发明还提供了一种3D打印PC-AMMA材料，该3D打印PC-AMMA材料通过上述的制备方法制备而得。
在述技术方案中，本发明通过各原料以及各步骤的协同作用使得制得的3D打印PC-AMMA材料具有优异的强度、韧性和耐热性，同时该制备方法具有原料易得，工序简单的特点。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种3D打印PC-AMMA材料的制备方法，包括：
1)将PC(聚碳酸酯)置于酸液中浸泡、过滤取滤饼，然后将糠醇、月桂醇硫酸钠、聚醚醚酮、甲基纤维素、碳酸钙、粉煤灰、蜂胶、氧化锆、氨丙基三乙氧基硅烷、甲壳素与滤饼进行熔融以制得第一熔融物；
2)将AMMA(丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物)、季戊四醇、椰子油、二茂铁、硼砂、碳纳米管与聚环氧乙烷进行熔融以制得第二熔融物；
3)将第一熔融物与第二熔融物进行共混、成型造粒以制得PC-AMMA颗粒；
4)将PC-AMMA颗粒进行研磨以制得3D打印PC-AMMA材料。
在本发明的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的3D打印PC-AMMA材料具有更优异的强度、韧性和耐热性，优选地，在步骤1)中，浸泡至少满足以下条件：浸泡温度为50-60℃，浸泡时间为4-6h。
在本发明的步骤1)中，酸液的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的3D打印PC-AMMA材料具有更优异的强度、韧性和耐热性，优选地，在步骤1)中，酸液至少满足以下条件：pH为4-6，选自盐酸水溶液、磷酸水溶液和硫酸水溶液中的一种或多种。
在本发明的步骤1)中，熔融的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的3D打印PC-AMMA材料具有更优异的强度、韧性和耐热性，优选地，在步骤1)中，熔融至少满足以下条件：熔融温度为290-305℃，熔融时间为1-3h。
在本发明的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的3D打印PC-AMMA材料具有更优异的强度、韧性和耐热性，优选地，在步骤1)中，相对于100重量份的滤饼，糠醇的用量为34-42重量份，月桂醇硫酸钠的用量为14-31重量份，聚醚醚酮的用量为78-88重量份，甲基纤维素的用量为9-16重量份，碳酸钙的用量为23-34重量份，粉煤灰的用量为41-55重量份，蜂胶的用量为18-23重量份，氧化锆的用量为9-17重量份，氨丙基三乙氧基硅烷的用量为11-18重量份，甲壳素的用量为25-35重量份。
在本发明的步骤2)中，熔融的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的3D打印PC-AMMA材料具有更优异的强度、韧性和耐热性，优选地，在步骤2)中，熔融至少满足以下条件：熔融温度为185-195℃，熔融时间为2-4h。
在本发明的步骤2)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的3D打印PC-AMMA材料具有更优异的强度、韧性和耐热性，优选地，在步骤2)中，相对于100重量份的AMMA，季戊四醇的用量为38-45重量份，椰子油的用量为18-23重量份，二茂铁的用量为3-7重量份，硼砂的用量为15-26重量份，碳纳米管的用量为1-3重量份，聚环氧乙烷的用量为33-40重量份。
在本发明的步骤3)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的3D打印PC-AMMA材料具有更优异的强度、韧性和耐热性，优选地，在步骤3)中，所述第一熔融物与第二熔融物的重量比为1：0.9-1.3。
在本发明的步骤3)中，共混的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的3D打印PC-AMMA材料具有更优异的强度、韧性和耐热性，优选地，在步骤3)中，共混至少满足以下条件：共混温度为225-250℃，共混时间为3-5h。
在本发明的步骤4)中，研磨的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了使制得的3D打印PC-AMMA材料具有更优异的强度、韧性和耐热性，优选地，在步骤4)中，研磨采用球磨的方式进行，并球磨至少满足以下条件：大球与小球的质量比为2：2-2.6，磨球与物料的质量比为10：1.4-1.8，转速为600-1200rpm，球磨时间为25-35min。
本发明还提供了一种3D打印PC-AMMA材料，该3D打印PC-AMMA材料通过上述的制备方法制备而得。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
1)将PC置于55℃、pH为5的盐酸水溶液中浸泡5h、过滤取滤饼，然后将滤饼、糠醇、月桂醇硫酸钠、聚醚醚酮、甲基纤维素、碳酸钙、粉煤灰、蜂胶、氧化锆、氨丙基三乙氧基硅烷、甲壳素按照100：38：21：84：14：29：48：20：14：15：30的重量比于295℃下熔融2h以制得第一熔融物；
2)将AMMA、季戊四醇、椰子油、二茂铁、硼砂、碳纳米管与聚环氧乙烷按照100：42：20：5：21：2：38的重量比于190℃下熔融3h以制得第二熔融物；
3)将第一熔融物与第二熔融物按照1：1.1的重量比于240℃下共混4h、成型造粒以制得PC-AMMA颗粒；
4)将PC-AMMA颗粒进行球磨(大球与小球的质量比为2：2.3，磨球与物料的质量比为10：1.6，转速为900rpm，球磨时间为30min)以制得3D打印PC-AMMA材料A1。
实施例2
1)将PC置于50℃、pH为4的磷酸水溶液中浸泡4h、过滤取滤饼，然后将滤饼、糠醇、月桂醇硫酸钠、聚醚醚酮、甲基纤维素、碳酸钙、粉煤灰、蜂胶、氧化锆、氨丙基三乙氧基硅烷、甲壳素按照100：34：14：78：9：23：41：18：9：11：25的重量比于290℃下熔融1h以制得第一熔融物；
2)将AMMA、季戊四醇、椰子油、二茂铁、硼砂、碳纳米管与聚环氧乙烷按照100：38：18：3：15：1：33的重量比于185℃下熔融2h以制得第二熔融物；
3)将第一熔融物与第二熔融物按照1：0.9的重量比于225℃下共混3h、成型造粒以制得PC-AMMA颗粒；
4)将PC-AMMA颗粒进行球磨(大球与小球的质量比为2：2，磨球与物料的质量比为10：1.4，转速为600rpm，球磨时间为25min)以制得3D打印PC-AMMA材料A2。
实施例3
1)将PC置于60℃、pH为6的硫酸水溶液中浸泡6h、过滤取滤饼，然后将滤饼、糠醇、月桂醇硫酸钠、聚醚醚酮、甲基纤维素、碳酸钙、粉煤灰、蜂胶、氧化锆、氨丙基三乙氧基硅烷、甲壳素按照100：42：31：88：16：34：55：23：17：18：35的重量比于305℃下熔融3h以制得第一熔融物；
2)将AMMA、季戊四醇、椰子油、二茂铁、硼砂、碳纳米管与聚环氧乙烷按照100：45：23：7：26：3：40的重量比于195℃下熔融4h以制得第二熔融物；
3)将第一熔融物与第二熔融物按照1：1.3的重量比于250℃下共混5h、成型造粒以制得PC-AMMA颗粒；
4)将PC-AMMA颗粒进行球磨(大球与小球的质量比为2：2.6，磨球与物料的质量比为10：1.8，转速为1200rpm，球磨时间为35min)以制得3D打印PC-AMMA材料A3。
对比例1
按照实施例1的方法进行制得3D打印材料B1，所不同的是，步骤1)中未使用聚醚醚酮。
对比例2
按照实施例1的方法进行制得3D打印材料B2，所不同的是，步骤1)中未使用粉煤灰。
对比例3
按照实施例1的方法进行制得3D打印材料B3，所不同的是，步骤1)中未使用氨丙基三乙氧基硅烷。
对比例4
按照实施例1的方法进行制得3D打印材料B4，所不同的是，步骤1)中未使用氧化锆。
对比例5
按照实施例1的方法进行制得3D打印材料B5，所不同的是，步骤2)中未使用聚环氧乙烷。
对比例6
按照实施例1的方法进行制得3D打印材料B6，所不同的是，步骤2)中未使用碳纳米管。
对比例7
按照实施例1的方法进行制得3D打印材料B7，所不同的是，步骤2)中未使用二茂铁。
检测例1
检测上述3D打印材料的强度、韧性和耐热性，具体结果见表1。
表1
拉伸强度(MPa) 缺口冲击强度(KJ/cm2) 耐热温度(℃)
A1 120 41.5 279
A2 122 42.4 277
A3 126 41.7 275
B1 90 30.0 224
B2 92 29.4 217
B3 86 27.7 242
B4 84 25.5 220
B5 85 26.6 218
B6 75 27.7 232
B7 77 26.3 223
通过上述实施例、对比例和检测例可知，本发明提供的3D打印PC-AMMA材料具有优异的强度、韧性和耐热性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种3D打印PC-AMMA材料的制备方法，其特征在于，包括：
1)将PC(聚碳酸酯)置于酸液中浸泡、过滤取滤饼，然后将糠醇、月桂醇硫酸钠、聚醚醚酮、甲基纤维素、碳酸钙、粉煤灰、蜂胶、氧化锆、氨丙基三乙氧基硅烷、甲壳素与所述滤饼进行熔融以制得第一熔融物；
2)将AMMA(丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物)、季戊四醇、椰子油、二茂铁、硼砂、碳纳米管与聚环氧乙烷进行熔融以制得第二熔融物；
3)将所述第一熔融物与第二熔融物进行共混、成型造粒以制得PC-AMMA颗粒；
4)将所述PC-AMMA颗粒进行研磨以制得所述3D打印PC-AMMA材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述浸泡至少满足以下条件：浸泡温度为50-60℃，浸泡时间为4-6h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述酸液至少满足以下条件：pH为4-6，选自盐酸水溶液、磷酸水溶液和硫酸水溶液中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述熔融至少满足以下条件：熔融温度为290-305℃，熔融时间为1-3h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，相对于100重量份的所述滤饼，所述糠醇的用量为34-42重量份，所述月桂醇硫酸钠的用量为14-31重量份，所述聚醚醚酮的用量为78-88重量份，所述甲基纤维素的用量为9-16重量份，所述碳酸钙的用量为23-34重量份，所述粉煤灰的用量为41-55重量份，所述蜂胶的用量为18-23重量份，所述氧化锆的用量为9-17重量份，所述氨丙基三乙氧基硅烷的用量为11-18重量份，所述甲壳素的用量为25-35重量份。
6.根据权利要求1-5中任意一选所述的制备方法，其中，在步骤2)中，所述熔融至少满足以下条件：熔融温度为185-195℃，熔融时间为2-4h。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，在步骤2)中，相对于100重量份的所述AMMA，所述季戊四醇的用量为38-45重量份，所述椰子油的用量为18-23重量份，所述二茂铁的用量为3-7重量份，所述硼砂的用量为15-26重量份，所述碳纳米管的用量为1-3重量份，所述聚环氧乙烷的用量为33-40重量份。
8.根据权利要求1-5、7中任意一项所述的制备方法，其中，在步骤3)中，所述第一熔融物与第二熔融物的重量比为1：0.9-1.3；
优选地，所述共混至少满足以下条件：共混温度为225-250℃，共混时间为3-5h。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，在步骤4)中，所述研磨采用球磨的方式进行，并所述球磨至少满足以下条件：大球与小球的质量比为2：2-2.6，磨球与物料的质量比为10：1.4-1.8，转速为600-1200rpm，球磨时间为25-35min。
10.一种3D打印PC-AMMA材料，其特征在于，所述3D打印PC-AMMA材料通过权利要求1-9中任意一项所述的制备方法制备而得。
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