CN107141699A - 一种用于3d打印用abs复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种用于3D打印的ABS复合材料及其制备方法。一种用于3D打印的ABS复合材料，由以下原料按重量份制备而成：ABS树脂100份、碳增强材料5～15份、填料3～8份、抗氧剂0.1～0.5份、表面活性剂0.3～0.8份、流平剂0.1～1份、热稳定剂0.5～1.5份。本发明的3D打印的ABS复合材料使用简单、环境污染小、产品性能好、精度高，力学性能强、热稳定性好、耐候性好；本发明原料获取范围广泛，制备方法简单易行，成本低，有利于市场化的推广和应用。

Description

一种用于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，具体涉及一种用于3D打印的ABS复合材料及其制备方法。
背景技术
3D打印技术又称叠层制造技术，是快速成型领域的一种新兴技术，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。基本原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术。目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些传统依赖的精细加工工艺。另外，3D打印技术逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装、航空等领域，为创新开拓了广阔的空间。
目前市场上熔融挤压堆积成型技术较常用的聚合物材料是丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、尼龙(PA)和聚碳酸酯(PC)。ABS 树脂是五大合成树脂之一，其具有易加工、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。但ABS树脂存在韧性小，热变形温度低，可燃，耐候性较差等缺点，使其制造出的成型材料存在力学性能不强，热稳定性差，可燃，耐候性差等缺陷，不能得到广泛的应用，使其在各个领域的应用受到了限制。为了实现丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的快速打印，将其制备成粉末状将会极大地提升打印效果，但难以增强。因此，本发明公开了一种力学性能强、热稳定性好、耐候性强的ABS快速成型材料来满足市场需求，使其能够得到更加广泛的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种力学性能强、热稳定性好、耐候性好的用于3D打印的ABS复合材料及其制备方法。
为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于3D打印的ABS复合材料，由以下原料按重量份制备而成：
ABS树脂100份、碳增强材料5～15份、填料3～8份、抗氧剂0.1～0.5份、表面活性剂0.3～0.8份、流平剂0.1～1份、热稳定剂0.5～1.5份。
具体地，上述的碳增强材料通过以下方法制备：将10～20份碳纤维、3～5 份石墨烯在150～200℃的温度下进行30～60min的氧化处理后与水加入容器中，超声分散处理10～15min，配制成悬浮液；将1～3份偶联剂KH570溶于丙酮中，配制成偶联剂质量分数为20％的溶液；将悬浮液与偶联剂溶液混合，加热至50～ 65℃，搅拌处理30～60min，过滤、真空干燥后研磨成粒径为50～150nm粉末即得。
具体地，上述的碳纤维的直径为500～800nm，长度为1～5μm；石墨烯的厚度为5-10nm。
具体地，上述的填料为氢氧化铝、氧化铝、氧化镁中的一种。
具体地，上述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂CA、抗氧剂168、抗氧剂1035、抗氧剂1098中的一种或几种。
具体地，上述的表面活性剂为硬脂酸钠、脂肪酸甘油酯、十二烷基硫酸钠中的一种或几种。
具体地，上述的流平剂为聚二甲基硅氧烷，可选型号DC-200。
具体地，上述的热稳定剂为1,4-丁二醇双(β-氨基丁烯酸)酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯中的一种或两种。
进一步，一种用于3D打印的ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份，将已干燥的ABS树脂100份、碳增强材料5～15份、填料3～8份、抗氧剂0.1～0.5、表面活性剂0.3～0.8份、流平剂0.1～1份、热稳定剂0.5～1.5份置于高速分散机中，保持转速1500-2000r/min，高速分散 20-30min；
(2)将混合均匀后的物料投放进锥形双螺杆挤出机，在180～220℃条件下进行熔融，挤出造粒，挤出机的螺杆长径比L/D为20～24之间，压缩比为(2.5～ 3.0)：1，料筒温度为：料斗部180～200℃，料筒前部200～220℃，模头温度 185～195℃，模具温度190～200℃，螺杆转速为150～180r/min；
(3)将步骤(2)得到的粒料冷却后用球磨机粉碎，转速为300-500r/min，球磨时间3～5h，然后在50-150目的筛网中进行筛分；
(4)将步骤(3)得到的物料加入到真空干燥箱中，在60～80℃条件下，干燥4～6h后得到ABS复合材料。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的3D打印的ABS复合材料使用简单、环境污染小、产品性能好、精度高，增强剂中将碳纤维和石墨烯预氧化处理，使碳纤维和石墨烯表面产生含氧活性基团，含氧基团可显著提高碳纤维和石墨烯于硅烷偶联剂的作用能力，使界面形成化学键，增加碳纤维和石墨烯与ABS的相容性，大大提高ABS复合材料的力学性能、热稳定性、耐候性，延长材料的使用寿命。
(2)本发明原料获取范围广泛，制备方法简单易行，成本低，有利于市场化的推广和应用。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种用于3D打印的ABS复合材料，由以下原料按重量份制备而成：
ABS树脂 100份
碳增强材料 10份
氢氧化铝 5份
抗氧剂1010 0.3份
硬脂酸钠 0.5份
流平剂DC-200 0.5份
1,4-丁二醇双(β-氨基丁烯酸)酯 1份
其中，上述的碳增强材料通过以下方法制备：将10份碳纤维，碳纤维的直径为500nm，长度为3μm、5份石墨烯；石墨烯的厚度为10nm；在150～200℃的温度下进行30～60min的氧化处理后与水加入容器中，超声分散处理10～ 15min，配制成悬浮液；将1～3份偶联剂KH570溶于丙酮中，配制成偶联剂质量分数为20％的溶液；将悬浮液与偶联剂溶液混合，加热至50～65℃，搅拌处理30～60min，过滤、真空干燥后研磨成粒径为50～150nm粉末即得。
一种用于3D打印的ABS复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份，将已干燥的ABS树脂100份、碳增强材料5～15份、填料3～8份、抗氧剂0.1～0.5、表面活性剂0.3～0.8份、流平剂0.1～1份、热稳定剂0.5～1.5份置于高速分散机中，保持转速1500-2000r/min，高速分散 20-30min；
(2)将混合均匀后的物料投放进锥形双螺杆挤出机，在180～220℃条件下进行熔融，挤出造粒，挤出机的螺杆长径比L/D为20～24之间，压缩比为(2.5～3.0)：1，料筒温度为：料斗部180～200℃，料筒前部200～220℃，模头温度 185～195℃，模具温度190～200℃，螺杆转速为150～180r/min；
(3)将步骤(2)得到的粒料冷却后用球磨机粉碎，转速为300-500r/min，球磨时间3～5h，然后在50-150目的筛网中进行筛分；
(4)将步骤(3)得到的物料加入到真空干燥箱中，在60～80℃条件下，干燥4～6h后得到ABS复合材料。
实施例2-6与实施例1基本相同，不同之处在于表1；对比例1-2与实施例1基本相同，不同之处在于表1：
表1：
ABS树脂100份、碳增强材料5～15份、填料3～8份、抗氧剂0.1～0.5份、表面活性剂0.3～0.8份、流平剂0.1～1份、热稳定剂0.5～1.5份。
将实施例1-6及对比例1-2中的ABS复合材料粒子料在60～80℃条件下，干燥4～6h，然后使用3D打印机打印成测试样条，在室温充分稳定化后，进行各项性能测试，测试结果如表2所示。
表2
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种用于3D打印的ABS复合材料，其特征在于，由以下原料按重量份制备而成：
ABS树脂100份、碳增强材料5～15份、填料3～8份、抗氧剂0.1～0.5份、表面活性剂0.3～0.8份、流平剂0.1～1份、热稳定剂0.5～1.5份。
2.如权利要求1所述的一种用于3D打印的ABS复合材料，其特征在于，所述的碳增强材料通过以下方法制备：将10～20份碳纤维、3～5份石墨烯在150～200℃的温度下进行30～60min的氧化处理后与水加入容器中，超声分散处理10～15min，配制成悬浮液；将1～3份偶联剂KH570溶于丙酮中，配制成偶联剂质量分数为20％的溶液；将悬浮液与偶联剂溶液混合，加热至50～65℃，搅拌处理30～60min，过滤、真空干燥后研磨成粒径为50～150nm粉末即得。
3.如权利要求2所述的一种用于3D打印的ABS复合材料，其特征在于，所述的碳纤维的直径为500～800nm，长度为1～5μm；石墨烯的厚度为5-10nm。
4.如权利要求1所述的一种用于3D打印的ABS复合材料，其特征在于，所述的填料为氢氧化铝、氧化铝、氧化镁中的一种。
5.如权利要求1所述的一种用于3D打印的ABS复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂CA、抗氧剂168、抗氧剂1035、抗氧剂1098中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种用于3D打印的ABS复合材料，其特征在于，所述的表面活性剂为硬脂酸钠、脂肪酸甘油酯、十二烷基硫酸钠中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的一种用于3D打印的ABS复合材料，其特征在于，所述的流平剂为聚二甲基硅氧烷。
8.如权利要求1所述的一种用于3D打印的ABS复合材料，其特征在于，所述的热稳定剂为1,4-丁二醇双(β-氨基丁烯酸)酯、亚磷酸三(壬基苯基)酯中的一种或两种。
9.一种如权利要求1-8所述的用于3D打印用ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按重量份，将已干燥的ABS树脂100份、碳增强材料5～15份、填料3～8份、抗氧剂0.1～0.5、表面活性剂0.3～0.8份、流平剂0.1～1份、热稳定剂0.5～1.5份置于高速分散机中，保持转速1500-2000r/min，高速分散20-30min；
(2)将混合均匀后的物料投放进锥形双螺杆挤出机，在180～220℃条件下进行熔融，挤出造粒，挤出机的螺杆长径比L/D为20～24之间，压缩比为(2.5～3.0)：1，料筒温度为：料斗部180～200℃，料筒前部200～220℃，模头温度185～195℃，模具温度190～200℃，螺杆转速为150～180r/min；
(3)将步骤(2)得到的粒料冷却后用球磨机粉碎，转速为300-500r/min，球磨时间3～5h，然后在50-150目的筛网中进行筛分；
(4)将步骤(3)得到的物料加入到真空干燥箱中，在60～80℃条件下，干燥4～6h后得到ABS复合材料。
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