CN107841134A

CN107841134A - 一种可用于增材制造增强增韧尼龙材料的制备方法

Info

Publication number: CN107841134A
Application number: CN201610829480.1A
Authority: CN
Inventors: 周昌亮; 杨维曦; 马俊杰
Original assignee: Sichuan Xinda Enterprise Group Co Ltd
Current assignee: Sichuan Xinda Enterprise Group Co Ltd
Priority date: 2016-09-18
Filing date: 2016-09-18
Publication date: 2018-03-27

Abstract

本发明公开了一种可用于增材制造用尼龙材料的制备方法，由下列组分按质量百分数组成：聚酰胺66（PA66）65%~75%，玻璃纤维（GF）10%~20%，增韧剂10%~20%，相容剂0.3%~0.7%，防玻纤外漏剂0.3%~0.6%，抗氧剂1%~1.5%。本发明的优点在于：1、增韧剂尼龙材料韧性得到了加强，有利于耗材在增材制造中的使用；2、使用一定直径的玻璃纤维增强，降低了材料的收缩率，改善了材料打印时翘曲严重的缺点；3、防玻纤外漏剂防止了玻璃纤维外露，提高了耗材表面光洁度；4、相容剂提高了各组分间的相容性和粘合强度，使材料的综合性能得到了明显的提高；与现有尼龙材料相比，本发明制备的材料具有力学性能好、成型收缩率低、不易翘曲、耐热温度较高等优点，非常适合于用作增材制造耗材。

Description

一种可用于增材制造增强增韧尼龙材料的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体来说是一种可用于增材制造的增强增韧尼龙材料及其制备方法。

背景技术

增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的技术，根据不同的的分类原则和理解方式，可称谓快速成形、快速制造和3D打印等。与传统的去除材料加工技术不同，增材制造技术无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生产任何形状的物体，从而实现了零件自由制造，简化了复杂产品的制造程序，大大的减少了加工工序，缩短了加工的工期。增材制造技术已广泛应用与产品原型、模具制造、艺术创作、珠宝制作、生物工程与医药、建筑、服装等领域。熔融沉积成型(FDM)是目前市场上常见的一种增材制造方式，其机器的创新发展较快，但其所能使用的耗材发展有限。

目前市场上常见的用于FDM增材制造的耗材有聚乳酸(PLA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。但是，PLA的力学性能较差，且不耐高温；ABS打印过程有异味，力学性能一般，也不耐高温。随着打印设备及技术的日益进步，耗材的发展越来越成为决定FDM 增材制造发展的关键因素。

尼龙(PA)是发展最早、应用最广泛的热塑性工程塑料，具有高强、耐高温、耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐疲劳、耐油、自润滑等优异的性能，广泛用于汽车部件、电子电器、石油化工、航空航天等领域，是五大工程塑料中产量最大、用途最广、品种最多的高分子材料。纯PA的力学性能较好，但同时纯PA的耐热温度等较低、成型收缩率较大、作为增材制造耗材使用时翘曲现象比较严重，不能满足增材制造的实际需要。

本发明是在一定量相容剂作用下，在尼龙PA66基体中加入玻璃纤维填充剂和增韧剂，显著改善了尼龙基体与增韧剂的相容性和玻璃纤维的粘合强度，提高了材料的综合性能。尤其玻璃纤维的加入，不仅提高了材料的力学性能，而且还降低了尼龙材料的收缩率，解决了尼龙材料在作为增材制造耗材打印时翘曲现象比较严重的问题。利用该材料制备的FDM 增材制造耗材，打印过程顺畅、不易堵头、制件成型效果好，非常适合于打印某些对制件力学性能有较高要求的产品。

发明内容

本发明的研究内容在于开发一种可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，以解决传统单一尼龙材料作为FDM 增材制造耗材时耐热温度较低、成型效果不好、容易产生翘曲现象及打印难度较大等问题，同时提高材料综合性能。本发明以PA66树脂为基体材料，玻璃纤维、增韧剂进行增强增韧改性，有效提高了尼龙材料在拉伸强度、冲击强度、收缩率、断裂伸长率和热形变温度等方面的性能，极大改善了材料作为FDM 增材制造耗材的使用性。

为了实现上述发明的研究内容，本发明提供以下技术方案：

（1）将PA66放置于75~90℃真空干燥箱内干燥4~7小时；

（2）按照以下组分配比配置实验材料，PA66 65%~75%，玻璃纤维10%~20%，增韧剂10%~20%，相容剂3%~7%,防玻纤外漏剂0.3%~0.6%，抗氧剂1%~1.5%；

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合1~4分钟，得到混合均匀的实验料；

（4）将上述混合均匀的实验料通过双螺杆高温挤出机挤出，控制主机转速、喂料是玻璃纤维含量保持在10%~20%，冷却、风干、造粒，得到一种改性尼龙3D耗材专用料；

（5）本发明的优点在于：

①、一定量相容剂的加入显著提高了尼龙基体与增韧剂的相容性和填充剂的粘合强度，从而使材料的综合性能得到明显提高；②、采用一定直径的长玻璃纤维增强，明显提高了尼龙材料的强度，尤其降低了材料的收缩率，改善了材料打印时翘曲严重的缺点；③、加入增韧剂后，解决了玻璃纤维增强后尼龙材料韧性不足的问题，使得材料具有良好的力学性能，有利于耗材打印使用和制品的应用。④、防玻纤外漏剂防止了玻璃纤维外露，提高加工流动性降低螺杆扭矩，提高了耗材表面光洁度。与现有尼龙材料性能相比，本发明制备的材料力学性能较好、耐热温度较高、成型收缩率低、不易翘曲，非常适合于用于FDM 增材制造耗材。

具体实施方式

本发明所阐述的是一种可用于增材制造的增强增韧尼龙材料及其制备方法，以下通过具体实施例进一步进行说明，但本发明不仅限于以下实施例。

实施例一

（1）将PA66置于80℃恒温干燥箱内干燥5小时；

（2）按照以下组分配比配置实验材料：PA66 71%，POE 10%，玻璃纤维15%

相容剂4%，防玻纤外漏剂0.3%，抗氧剂1.2%；

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合2分钟，得到混合均匀的实验料；

（4）将上述混合均匀的实验料通过双螺杆高温挤出机，控制主机转速和喂料速度使玻璃纤维含量稳定在15%，挤出、冷却、吹干、造粒，得到一种可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其中挤出机的8段温度依次为260℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃、265℃，机头温度为270℃。主机转速为267r/min,喂料速度为12r/min；

（5）利用（4）所制得的一种可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其简支梁缺口冲击强度为15.1KJ/M²，拉伸强度为81.7MPa，收缩比为0.50%，热变形温度为129.8℃。利用该材料制备的增材制造耗材打印顺畅、不堵头、不翘曲、成型效果好，具有极佳的应用前景。

实施例二

（1）将PA66置于90℃恒温干燥箱内干燥4.5小时；

（2）按照以下组分配比配置实验材料：PA66 75%，POE 10%，玻璃纤维10%

相容剂3%，抗氧剂1%；

（3）将上述实验原料置于高速混合机中充分混合3分钟，得到混合均匀的实验料；

（4）将上述混合均匀的实验料通过双螺杆高温挤出机，控制主机转速和喂料速度使玻璃纤维含量稳定在10%，挤出、冷却、吹干、造粒，得到一种可用于3D打印的增强增韧尼龙材料，其中挤出机的8段温度依次为255℃、260℃、260℃、260℃、260℃、260℃、260℃、260℃，机头温度为265℃。主机转速为252r/min，喂料速度为12.8r/min；

（5）利用（4）所制得的一种可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其简支梁缺口冲击强度为16.5KJ/M²，拉伸强度为77.2MPa，收缩比为0.64%，热变形温度为115.7℃。利用该材料制备的增材制造耗材打印顺畅、不堵头、不翘曲、成型效果好，具有极佳的应用前景。

表一实施例1~2与传统耗材性能测试结果

对比实施例1~2与传统耗材性能可以看出，按照本专利提供的制备方法制备的增材制造耗材专用料，力学性能比传统PLA和ABS材料要好，同时，针对传统尼龙材料收缩率较大及热变形温度较低的问题，玻纤的加入大大降低了材料收缩率，提高了材料的热变形温度。同时加入增韧剂，改善玻纤加入材料韧性差的缺点，获得了综合性能良好的增材制造尼龙耗材。将各实施例挤出成1.75mm线条，并用于FDM 增材制造，不需要使用热床即可打印出不翘曲、精度好、力学性能优良和耐热性好的优异产品。

Claims

1.一种可用于增材制造的增强增韧尼龙材料及其制备方法，其特征在于该耗材专用料组成为PA66、玻璃纤维、增韧剂、相容剂、防玻纤外漏剂、抗氧剂；其中， PA66 65%~75%，玻璃纤维10%~20%，增韧剂10%~20%，相容剂3%~7%,防玻纤外漏剂0.3%~0.6%，抗氧剂1%~1.5%。

2.根据权利要求1所述的可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其特征在于所述尼龙材料采用的制备工艺为双螺杆高温挤出机熔融挤出、切粒。

3.根据权利要求1所述的可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其特征在于所用该材料的基体材料为PA66 ERP27。

4.根据权利要求1所述的可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其特征在于所用PA66配比为65%~75%。

5.根据权利要求1所述的可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其特征在于所用玻璃纤维为无碱长玻璃纤维，玻璃纤维的直径为6-14微米，优选直径为9-13微米，其配比为10%~20%。

6.根据权利要求1所述的可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其特征在于所用增韧剂为聚烯烃弹性体（POE），配比为10%~20%。

7.根据权利要求1所述的可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其特征在于所用相容剂为马来酸酐接枝聚合物尼龙相容剂，接枝率为0.5%~2.0%，优选接枝率0.8%~1.2%，其配比为3%~7%。

8.根据权利要求1所述的可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其特征在于所用抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂和酰肼类抗氧剂复合使用，其配比为1%~1.5%。

9.根据权利要求1-9中任一项所述的一种可用于增材制造的增强增韧尼龙材料，其特征在于，该材料的制备方法包括以下步骤：

将干燥的65-75份的PA66树脂、10-20份的增韧剂、3-4份的相容剂、1-1.5份的抗氧剂、防玻纤外漏剂0.3~0.6份加入高速混合机中，在高速混合机中搅拌1-4min；将混合均匀的物料加入双螺杆挤出机的加料口；无碱长玻璃纤维从第一个排气口加入，控制主机转速和喂料速度使玻璃纤维含量稳定在10-20份；物料经双螺杆挤出机熔融挤出，造粒，制备得到尼龙复合材料。

10.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于所述的PA66树脂干燥温度为75~90℃，干燥时间为4~7h；所述的双螺杆挤出机的加工工艺参数为：一至八区温度分别为255~260℃、260~265℃、260~265℃、260~265℃、260~265℃260~265℃、260~265℃、260~265℃，机头温度275~280℃，主机转速是245~275r/min,喂料速度为11.2~15.2 r/min。