CN107974027A - 一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料及其制备方法，其由以下原料按如下质量比组成：丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯树脂粉末100份、增韧剂4～12份、超短玻纤5～25份、偶联剂1～5份、抗氧剂0.02～0.1份、热稳定剂0.1～0.5份以及润滑剂0.05～0.25份。本发明制备的用于快速成型的低收缩非晶复合材料具有力学强度大、热稳定性高和尺寸稳定性强等特点，同时可以进一步提高产品成行速度。此外本发明所涉及的生产设备及工艺控制简单，可直接应用和推广于激光烧结快速成型领域，制备具有一定强度和热稳定性等方面要求的复杂制件。

Description

一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于改性材料领域，具体涉及一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料及其制备方法。
背景技术
激光烧结快速成型技术是快速成型技术领域中的一种常见方式，以粉末材料为原料，以激光为能量来源将原料烧结为固态，再利用工艺的调整完成三维结构的快速构建，是一种精密度较高的快速成型技术。激光烧结快速成型技术常用原料包括树脂粉末、金属粉末和陶瓷粉末等具有可烧结性的粉末材料。其中树脂材料因可塑性强、成本较低和产品调整简单等特点成为最常用的原料之一，但是纯树脂粉末材料存在机械强度小、耐热性低和尺寸稳定性差等不足。
发明内容
本发明的目的是提供了一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料，其由以下组分按重量份制备而成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂 4～12份，
超短玻纤 5～25份，
偶联剂 1～5份，
抗氧剂 0.02～0.1份，
热稳定剂 0.1～0.5份，
润滑剂 0.05～0.25份。
进一步方案，所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末中丁二烯含量为10-15wt％。
所述的增韧剂为丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
所述的超短玻纤的长度为10～200μm。
所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
所述的抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
所述的热稳定剂为亚磷酸二苯一异辛酯或环氧硬脂酸酯。
所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。
本发明的另一个发明目的是提供上述一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料的制备方法，先将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份、增韧剂4～12份、超短玻纤5～25份、偶联剂1～5份、抗氧剂0.02～0.1份、热稳定剂0.1～0.5份和润滑剂0.05～0.25份进行预混合，然后将预混料再置于高速混合机进行分散10～30min；最后将其加入挤出机中经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得低收缩非晶复合材料。
本发明创新性的以非晶高分子丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末为基体、以超短玻纤为填充改性材料来制备用于快速成型的低收缩非晶复合材料。本发明制备的低收缩非晶复合材料具有力学强度大、热稳定性高和尺寸稳定性强等特点，同时可以进一步提高产品成行速度。此外本发明所涉及的生产设备及工艺控制简单，可直接应用和推广于激光烧结快速成型领域，制备具有一定强度和热稳定性等方面要求的复杂制件。
本发明具有以下有益效果：
1、由于超短玻纤与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂具有良好的界面结合性，从而可以有效地减弱或切断丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂表面银纹的发展和扩散，有效提高复合材料的抗破坏能力，使复合材料的力学强度得到提高；
2、由于玻纤材料较丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂的耐热性有较大优势，引入后可以整体提高复合材料的耐热强度，产品热稳定性得到显著提高；
3、超短玻纤的纤维状结构可以有效填充烧结过程中粉末颗粒造成的间隙和孔洞，使复合材料成型得更为紧实；且超短玻纤的纤维材料尺寸波动小，可以显著降低收缩率，提高复合材料的尺寸稳定性；
4、超短玻纤在与丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末材料结合后，在成型过程中起到支撑和框架作用，可以明显加快其烧结过程，从而提高其成行速度。
具体实施方法
下面结合具体实施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。
制备的样品在23℃、50％湿度环境下调节后，分别采用ASTM D790、ASTM D648和ASTM D955检测复合材料的弯曲强度、热变形温度和收缩率，并记录复合材料成型速度。
本发明的具体实施例如下：
实施例1
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物4份，
超短玻纤5份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.008份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.012份，
热稳定剂亚磷酸二苯一异辛酯0.1份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散10min后再通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
实施例2
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物6份，
超短玻纤10份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.016份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.024份，
热稳定剂亚磷酸二苯一异辛酯0.2份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.1份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散15min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
实施例3
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物8份，
超短玻纤15份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷3份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.024份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.036份，
热稳定剂亚磷酸二苯一异辛酯0.3份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.15份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散20min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
实施例4
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物10份，
超短玻纤20份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷4份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.036份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.048份，
热稳定剂亚磷酸二苯一异辛酯0.4份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.2份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散25min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
实施例5
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物12份，
超短玻纤25份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷5份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.04份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.06份，
热稳定剂亚磷酸二苯一异辛酯0.5份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.25份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散30min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
实施例6
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物4份，
超短玻纤5份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷1份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.008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0.012份，
热稳定剂环氧硬脂酸酯0.1份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.05份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散10min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
实施例7
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物6份，
超短玻纤10份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.016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0.024份，
热稳定剂环氧硬脂酸酯0.2份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.1份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散15min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
实施例8
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物8份，
超短玻纤15份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷3份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.024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0.036份，
热稳定剂环氧硬脂酸酯0.3份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.15份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散20min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
实施例9
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物10份，
超短玻纤20份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷4份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.036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0.048份，
热稳定剂环氧硬脂酸酯0.4份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.2份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散25min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
实施例10
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物12份，
超短玻纤25份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷5份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.04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0.06份，
热稳定剂环氧硬脂酸酯0.5份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.25份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散30min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的用于快速成型的低收缩非晶复合材料性能见表一。
对照实施例1
(1)按以下比例配备原料：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物4份，
抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.008份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.012份，
热稳定剂亚磷酸二苯一异辛酯0.1份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份。
(2)将以上物料进行预混合，然后将预混料置于高速混合机分散10min后通过挤出机，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得树脂粒子，粉化后制得用于激光烧结快速成型领域的非经复合材料所需粉末材料；
(3)所制得粉末材料经激光烧结后检测性能。
所制得的非晶复合材料性能见表一。
表一：
本发明制备的用于快速成型的低收缩非晶复合材料具有力学强度大、热稳定性高和尺寸稳定性强等特点，同时可以进一步提高产品成行速度。由表一中数据可知，本发明制备的用于快速成型的低收缩非晶复合材料弯曲强度最大为52MPa，较改性前(对照实施例1)提高36.8％；热变形温度最高为96℃，较改性前提高26.3％；收缩率最小为0.38％，较改性前降低32.1％；成行速度最快为50cm3/h，较改性前提高47.1。此外本发明所涉及的生产设备及工艺控制简单，可直接应用和推广于激光烧结快速成型领域，制备具有一定强度和热稳定性等方面要求的复杂制件。
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)

1.一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料，其特征在于：其由以下组分按重量份制备而成：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份，
增韧剂4～12份，
超短玻纤5～25份，
偶联剂1～5份，
抗氧剂0.02～0.1份，
热稳定剂0.1～0.5份，
润滑剂0.05～0.25份。
2.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料，其特征在于：所述的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末中丁二烯含量为10-15wt%。
3.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料，其特征在于：所述的超短玻纤的长度为10～200μm。
5.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
7.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料，其特征在于：所述的热稳定剂为亚磷酸二苯一异辛酯或环氧硬脂酸酯。
8.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料，其特征在于：所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。
9.如权利要求1所述的一种用于快速成型的低收缩非晶复合材料的制备方法，其特征在于：先将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂粉末100份、增韧剂4～12份、超短玻纤5～25份、偶联剂1～5份、抗氧剂0.02～0.1份、热稳定剂0.1～0.5份和润滑剂0.05～0.25份进行预混合，然后将预混料再置于高速混合机进行分散10～30min；最后将其加入挤出机中经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得低收缩非晶复合材料。
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