CN113773616A - 一种用于3d打印机耗材高强度低收缩的petg-g材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG‑G材料及其制备方法。一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG‑G材料，按照重量份比包括：PETG树脂60～80份，PBAT树脂20～40份，ABS树脂5～15份，相容剂1～5份，润滑剂0.1～0.5份，抗氧剂0.1～0.5份，扩散油0.1～0.5份。本发明的有益效果：提高打印拉丝性能、提高打印精度、降低打印温度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料及其制备方法技术领域。
背景技术
目前市面上最受欢迎的3D打印材料是聚乳酸(PLA)材料，因其打印温度较低、打印时不产生有毒气体及打印后器件不容易发生翘曲变形等优点，在3D打印行业内得到广泛的应用。但是其也存在着价格高，打印的模型强度不够高的等问题。所有3D打印行业内其它材料如PC、PA、ABS等仍占有一席之地。PETG是近年来出现的一种新型的3D打印材料。
PETG是一种非晶型共聚酯，PETG常用的共聚单体为1,4-环己烷二甲醇(CHDM)，全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯。它是由对苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)和1,4-环己烷二甲醇(CHDM)三种单体用酯交换法缩聚的产物。PETG具有优越的加工性能，PETG具有玻璃一样的透明度和接近玻璃的密度，很好的光泽度，耐化学腐蚀，耐冲击，并且容易加工，能注射成型、注拉吹成型和挤吹成型。还能够产生独特的形状、外观和特殊效果，比如鲜亮的颜色、磨砂、大理石纹理、金属光泽等。而且还可以利用其它聚酯、弹性塑料或ABS进行重叠注塑料成型。
PETG本色透明易着色可加工性好，在3D打印行业中也得到的广泛的应用，打印模型的强度比PLA要高。缺点是打印的温度较高，可达230℃。打印过程中容易引起“拉丝”的现象。这些缺点限制了PETG在3D行业中的进一步应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料及其制备方法，其提高打印拉丝性能、提高打印精度、降低打印温度的优点。
本发明所采用的技术方案是：
一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，按照重量份比包括：
PETG树脂60～80份；
PBAT树脂20～40份；
ABS树脂5～15份；
相容剂1～5份；
润滑剂0.1～0.5份；
抗氧剂0.1～0.5份；
扩散油0.1～0.5份。
所述PETG树脂中1,4-环己烷二甲醇占所述PETG树脂的质量百分比为20～45％。
所述PETG树脂在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为1.5～3g/10min
所述PBAT树脂的特性粘度为2.0～2.8dl/g。
所述ABS树脂的在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为15～30g/10min。
所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸酯-缩水甘油酯共聚物中一种或几种。
所述润滑剂为介酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯PETS、乙撑双硬脂酸酰胺EBS的一种或几种。
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)、抗氧剂245的一种或几种。
所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料的制备方法，其包括如下步骤：
S1、将PETG树脂、PBAT树脂、ABS树脂和扩散油用高速混合机搅拌均匀，使得扩散油均匀分散在树脂表面；
S2、再加入相容剂、抗氧剂、润滑剂搅拌均匀得到混合物料；
S3、混合均匀的物料由挤出机的主喂料口加入，物料经熔融、挤出、拉条、水冷、切粒、干燥后得到高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料。
所述步骤(S1)中搅拌速度为300-500转/分钟，搅拌时间为5-10分钟；所述步骤(S3)中挤出机为SJ35型双螺杆挤出机，挤出速度为200～350转/分钟，各加热区的温度独立的为170～195℃。步骤(S3)之后加工成3D打印耗材，包括如下步骤：
(S4)将高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料干燥3-8小时。所用的干燥箱为抽气式干燥箱，干燥温度为80-95℃；
(S5)将干燥好的材料，在3D打印耗材生产线上做成1.75mm的FDM3D打印耗材，即为PETG-G耗材。
优选的，所述PETG树脂中1,4-环己烷二甲醇占所述PETG树脂的质量百分比为20～45％。
更优选的，所述PETG树脂在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为1.5～3g/10min。所述PETG树脂选择参考牌号为韩国SK公司K2012。
优选地，所述PBAT树脂的特性粘度为2.0～2.8dl/g。所述PBAT树脂的特性粘度按照GB/T 1632-1993标准方法检测。
优选的，所述ABS树脂的在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为15～30g/10min。
优选的，所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸酯-缩水甘油酯共聚物中一种或几种。
优选的，所述润滑剂为介酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯PETS、乙撑双硬脂酸酰胺EBS的一种或几种。
优选的，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)、抗氧剂245的一种或几种。
本发明的有益效果是：提高打印拉丝性能、提高打印精度、降低打印温度。
附图说明
图1是本发明的步骤流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，按照重量份比包括：
PETG树脂60～80份；
PBAT树脂20～40份；
ABS树脂5～15份；
相容剂1～5份；
润滑剂0.1～0.5份；
抗氧剂0.1～0.5份；
扩散油0.1～0.5份。
所述PETG树脂中1,4-环己烷二甲醇占所述PETG树脂的质量百分比为20～45％。
所述PETG树脂在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为1.5～3g/10min
所述PBAT树脂的特性粘度为2.0～2.8dl/g。
所述ABS树脂的在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为15～30g/10min。
所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸酯-缩水甘油酯共聚物中一种或几种。
所述润滑剂为介酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯PETS、乙撑双硬脂酸酰胺EBS的一种或几种。
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)、抗氧剂245的一种或几种。
所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料的制备方法，其包括如下步骤：
S1、将PETG树脂、PBAT树脂、ABS树脂和扩散油用高速混合机搅拌均匀，使得扩散油均匀分散在树脂表面；
S2、再加入相容剂、抗氧剂、润滑剂搅拌均匀得到混合物料；
S3、混合均匀的物料由挤出机的主喂料口加入，物料经熔融、挤出、拉条、水冷、切粒、干燥后得到高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料。
所述步骤(S1)中搅拌速度为300-500转/分钟，搅拌时间为5-10分钟；所述步骤(S3)中挤出机为SJ35型双螺杆挤出机，挤出速度为200～350转/分钟，各加热区的温度独立的为170～195℃。步骤(S3)之后加工成3D打印耗材，包括如下步骤：
(S4)将高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料干燥3-8小时。所用的干燥箱为抽气式干燥箱，干燥温度为80-95℃；
(S5)将干燥好的材料，在3D打印耗材生产线上做成1.75mm的FDM3D打印耗材，即为PETG-G耗材。
优选的，所述PETG树脂中1,4-环己烷二甲醇占所述PETG树脂的质量百分比为20～45％。
更优选的，所述PETG树脂在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为1.5～3g/10min。所述PETG树脂选择参考牌号为韩国SK公司K2012。
优选地，所述PBAT树脂的特性粘度为2.0～2.8dl/g。所述PBAT树脂的特性粘度按照GB/T 1632-1993标准方法检测。
优选的，所述ABS树脂的在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为15～30g/10min。
优选的，所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸酯-缩水甘油酯共聚物中一种或几种。
优选的，所述润滑剂为介酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯PETS、乙撑双硬脂酸酰胺EBS的一种或几种。
优选的，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)、抗氧剂245的一种或几种。
实施例1
将PETG 1800克(韩国SK公司，牌号为K2012)、PBAT树脂1200克(珠海万通化工有限公司，牌号为PBAT0120)、ABS树脂150克倒入高混机中，加入扩散油15克，采用300转/分钟的搅拌速率搅拌5min，使扩散油均匀分散在树脂粒料表面；将相容剂苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物60克、润滑剂介酸酰胺9克、抗氧剂10103克到高混机中搅拌均匀；采用500转/分钟的搅拌速度搅拌10min，静置5分钟后加入双螺杆机挤出。
双螺杆机挤出条件为：从进料口往出料口模方向挤出机各温度段的温度为170℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、185℃、185℃、190℃、190℃、190℃，挤出主机速度为250转/分钟。物料经熔融、挤出、拉条、水冷、切粒、干燥后得到高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料。
将上述的PETG-G造粒料用85℃干燥4小时，再在3D打印机耗材生产线上做成1.75mm的FDM 3D打印耗材，标记为实施例1。
实施例2
将PETG 2100克(韩国SK公司，牌号为K2012)、PBAT树脂900克(珠海万通化工有限公司，牌号为PBAT0120)、ABS树脂180克倒入高混机中，加入扩散油15克，采用300转/分钟的搅拌速率搅拌5min，使扩散油均匀分散在树脂粒料表面；将相容剂苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物60克、润滑剂介酸酰胺9克、抗氧剂10103克到高混机中搅拌均匀；采用500转/分钟的搅拌速度搅拌10min，静置5分钟后加入双螺杆机挤出。
双螺杆机挤出条件为：从进料口往出料口模方向挤出机各温度段的温度为170℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、185℃、185℃、190℃、190℃、190℃，挤出主机速度为250转/分钟。物料经熔融、挤出、拉条、水冷、切粒、干燥后得到高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料。
将上述的PETG-G造粒料用85℃干燥4小时，再在3D打印机耗材生产线上做成1.75mm的FDM 3D打印耗材，标记为实施例2。
实施例3
将PETG 2400克(韩国SK公司，牌号为K2012)、PBAT树脂600克(珠海万通化工有限公司，牌号为PBAT0120)、ABS树脂150克倒入高混机中，加入扩散油15克，采用300转/分钟的搅拌速率搅拌5min，使扩散油均匀分散在树脂粒料表面；将相容剂苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物60克、润滑剂介酸酰胺9克、抗氧剂10103克到高混机中搅拌均匀；采用500转/分钟的搅拌速度搅拌10min，静置5分钟后加入双螺杆机挤出。
双螺杆机挤出条件为：从进料口往出料口模方向挤出机各温度段的温度为170℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、185℃、185℃、190℃、190℃、190℃，挤出主机速度为250转/分钟。物料经熔融、挤出、拉条、水冷、切粒、干燥后得到高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料。
将上述的PETG-G造粒料用85℃干燥4小时，再在3D打印机耗材生产线上做成1.75mm的FDM 3D打印耗材，标记为实施例3。
实施例4
将PETG 2100克(韩国SK公司，牌号为K2012)、PBAT树脂900克(珠海万通化工有限公司，牌号为PBAT0120)、ABS树脂300克倒入高混机中，加入扩散油15克，采用300转/分钟的搅拌速率搅拌5min，使扩散油均匀分散在树脂粒料表面；将相容剂苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物90克、润滑剂介酸酰胺9克、抗氧剂10105克到高混机中搅拌均匀；采用500转/分钟的搅拌速度搅拌10min，静置5分钟后加入双螺杆机挤出。
双螺杆机挤出条件为：从进料口往出料口模方向挤出机各温度段的温度为170℃、175℃、175℃、180℃、180℃、180℃、185℃、185℃、190℃、190℃、190℃，挤出主机速度为250转/分钟。物料经熔融、挤出、拉条、水冷、切粒、干燥后得到高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料。
将上述的PETG-G造粒料用85℃干燥4小时，再在3D打印机耗材生产线上做成1.75mm的FDM 3D打印耗材，标记为实施例4。
对比例1
将3D打印用的未改性过的PETG粒子，韩国SK公司K2012，用85℃干燥4小时，再在3D打印机耗材生产线上做成1.75mm的FDM 3D打印耗材，标记为对比例1。
对比例2
将3D打印用的未改性过的聚乳酸粒子，丰原公司FY801，用80℃干燥4小时，再在3D打印机耗材生产线上做成1.75mm的FDM 3D打印耗材，标记为对比例2。
将实施例子1～4和对比例1～2的耗材在FDM 3D打印机上进行模型打印，以评估其打印性能。
打印性能评估结果对比如表1。
表1打印性能评估表
| 打印温度 | 打印精度 | 打印模型强度 | 是否拉丝 | |
| 实施例1 | 200-230℃ | 合格 | 好 | 无 |
| 实施例2 | 200-230℃ | 合格 | 好 | 无 |
| 实施例3 | 200-230℃ | 合格 | 好 | 无 |
| 实施例4 | 200-230℃ | 合格 | 好 | 无 |
| 对比例1 | 230-250℃ | 合格 | 最高 | 有拉丝 |
| 对比例2 | 200-220℃ | 较好 | 较低 | 无 |
由上述表1结果及实施例与对比例的比较可知：
(1)PETG-G材料打印温度200-230℃比纯PETG有较大的降低，接近了聚乳酸PLA的打印温度。
(2)PETG-G材料打印精度强度比聚乳酸PLA的要高，打印精度也满足要求。
(3)PETG-G材料结果改性后，打印拉丝性能比纯PETG有了较大的改善，打印性能比得上聚乳酸PLA。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
本发明的有益效果：提高打印拉丝性能、提高打印精度、降低打印温度。
Claims (10)
1.一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，其特征在于，按照重量份比包括：
PETG树脂60～80份，
PBAT树脂20～40份，
ABS树脂5～15份，
相容剂1～5份，
润滑剂0.1～0.5份，
抗氧剂0.1～0.5份，
扩散油0.1～0.5份。
2.根据权利要求1所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，其特征在于：
所述PETG树脂中1,4-环己烷二甲醇占所述PETG树脂的质量百分比为20～45％。
3.根据权利要求1所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，其特征在于：所述PETG树脂在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为1.5～3g/10min。
4.根据权利要求1所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，其特征在于：所述PBAT树脂的特性粘度为2.0～2.8dl/g。
5.根据权利要求1所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，其特征在于：所述ABS树脂的在200℃，5Kg的条件下的熔融指数为15～30g/10min。
6.根据权利要求1所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，其特征在于：所述相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物、乙烯-丙烯酸酯-缩水甘油酯共聚物中一种或几种。
7.根据权利要求1所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，其特征在于：所述润滑剂为介酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯PETS、乙撑双硬脂酸酰胺EBS的一种或几种。
8.根据权利要求1所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)、抗氧剂245的一种或几种。
9.根据权利要求1～8任一项所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将PETG树脂、PBAT树脂、ABS树脂和扩散油用高速混合机搅拌均匀，使得扩散油均匀分散在树脂表面；
S2、再加入相容剂、抗氧剂、润滑剂搅拌均匀得到混合物料；
S3、混合均匀的物料由挤出机的主喂料口加入，物料经熔融、挤出、拉条、水冷、切粒、干燥后得到高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料。
10.根据权利要求9所述一种用于3D打印机耗材高强度低收缩的PETG-G材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(S1)中搅拌速度为300-500转/分钟，搅拌时间为5-10分钟；所述步骤(S3)中挤出机为SJ35型双螺杆挤出机，挤出速度为200～350转/分钟，各加热区的温度独立的为170～195℃。步骤(S3)之后加工成3D打印耗材，包括如下步骤：
(S4)将高强度低收缩的PETG-G材料的造粒料干燥3-8小时。所用的干燥箱为抽气式干燥箱，干燥温度为80-95℃；
(S5)将干燥好的材料，在3D打印耗材生产线上做成1.75mm的FDM3D打印耗材，即为PETG-G耗材。
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