一種用于3d打印的聚苯乙烯微球材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其由以下原料制成：聚苯乙烯微球100份、光穩(wěn)劑0.1～10份、消泡劑0.1～10份、流平劑0.1～10份、抗氧劑0.1～5份。本發(fā)明制備的材料分散性好，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時制備工藝簡單、環(huán)保無污染，可直接應(yīng)用于3D打印。
【專利說明】一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印新材料領(lǐng)域，具體屬于一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]立體光固化成型SLA技術(shù)是“Stereo Lightgraphy Appearance”的縮寫，是采用特定波長與強(qiáng)度的激光聚焦到光固化材料表面，按照由點(diǎn)到線、由線到面的順序完成一個層面的繪制，然后通過垂直方向的移動固化其他層面，最終構(gòu)成三維實(shí)體。SLA技術(shù)成型速度快、精度高，但由于樹脂固化過程中存在收縮現(xiàn)象，因此開發(fā)收縮率小、固化快和強(qiáng)度高的光敏材料是其發(fā)展趨勢。
[0003]常見的用于3D打印的粉末材料均為尼龍粉末，由尼龍樹脂直接粉碎或溶解于有機(jī)溶劑后結(jié)晶析出的方法制備，制備工藝復(fù)雜且有一定的危害性，所得到的材料均一性差，無突出的性能優(yōu)點(diǎn)，所得到的制品強(qiáng)度低、韌性差。
[0004]本發(fā)明所采用的聚苯乙烯微球制備方法見專利CN 101921353，是一種粒徑可控、單分散性好的高分子量聚苯乙烯微球，應(yīng)用于3D打印具有力學(xué)強(qiáng)度高、制備工藝簡單和環(huán)保無污染等優(yōu)點(diǎn)，同時對于3D打印的普及有指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明提供了一種聚苯乙烯微球在3D打印方面的應(yīng)用，所制備的材料分散性好，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時制備工藝簡單、環(huán)保無污染，可直接應(yīng)用于3D打印。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，由以下重量份的組分制成:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑0.1~10份，
消泡劑0.1~10份，
流平劑0.1~10份，
抗氧劑0.1~5份。
[0007]所述的聚苯乙烯微球粒徑為I μ m~50 μ m。
[0008]所述的光穩(wěn)劑為2，4- 二羧基二苯甲酮、氯化苯并三唑和2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮中的至少一種。
[0009]所述的消泡劑為二甲基聚硅氧烷、環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷共聚醚和聚醚硅氧烷中的至少一種。
[0010]所述的流平劑為有機(jī)硅-環(huán)氧乙烷共聚物、有機(jī)硅-環(huán)氧丙烷共聚物和聚二甲基硅氧烷中的至少一種。
[0011]所述的抗氧劑為四(3，5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基)亞磷酸苯酯和N，N’-雙-(3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺中的至少一種。
[0012]所述的一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料的制備方法，包含以下步驟:
(1)在容器中陸續(xù)加入所需聚苯乙烯微球100份、光穩(wěn)劑0.1~10份、消泡劑0.1~10份、流平劑0.1~10份、抗氧劑0.1~5份,在40°C~90°C條件下高速攪拌IOmin~40min至分散均勻；
(2)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率8~15W，掃描速度1000mm/s~3000mm/s,燒結(jié)厚度為0.05mm~0.2mm,制備為所需制件。 [0013]本發(fā)明的有益效果在于:
1、本發(fā)明制備的用于3D打印的聚苯乙烯微球材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能如拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，韌性好，同時制備工藝簡單、環(huán)保無污染，可直接經(jīng)3D打印設(shè)備制備為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制件。
[0014]2、較單純的尼龍粉末材料制件的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度最大分別達(dá)到90MPa和llOMPa，較單純的尼龍粉末材料相比分別提高了 69%以上。
[0015]具體實(shí)施方法
下面結(jié)合具體實(shí)例對本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但所述實(shí)施例并非是對本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的簡單限定，任何基于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神所作出的簡單變化或等同替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。如無特別說明，各實(shí)例中所述份數(shù)均為重量份。
[0016]制備的樣品在23°C、50%濕度環(huán)境下調(diào)節(jié)后，分別采用ASTM D638和ASTM D790檢測拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。
[0017]本發(fā)明的具體實(shí)施例如下:
實(shí)施例1
(I)按以下比例配備原料:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑2，4- 二羧基二苯甲酮1份，
光穩(wěn)劑氯化苯并三唑1份，
消泡劑二甲基聚硅氧烷1份，
消泡劑環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷共聚醚1份，
流平劑有機(jī)硅-環(huán)氧乙烷共聚物1份，
流平劑聚二甲基硅氧烷1份，
抗氧劑四(3，5- 二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯1份，
抗氧劑三(2，4- 二叔丁基)亞磷酸苯酯1份。
[0018](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料，在40°C條件下高速攪拌IOmin至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率8W，掃描速度1000mm/s，燒結(jié)厚度為0.05mm，制備為所需制件。
[0019]成型制件性能檢測見表一。
[0020]實(shí)施例2
(I)按以下比例配備原料:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑2，4- 二羧基二苯甲酮0.1份，消泡劑二甲基聚硅氧烷0.1份，
流平劑有機(jī)硅-環(huán)氧乙烷共聚物0.1份，
抗氧劑四(3，5- 二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯0.1份。
[0021](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料，在50°C條件下高速攪拌IOmin至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率8W，掃描速度
1000mm/s，燒結(jié)厚度為0.05mm，制備為所需制件。
[0022]成型制件性能檢測見表一。
[0023]實(shí)施例3
(1)按以下比例配備原料:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑2，4-二羧基二苯甲酮2份，
消泡劑二甲基聚硅氧烷3份，
流平劑有機(jī)硅-環(huán)氧乙烷共聚物4份，
抗氧劑四(3，5- 二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯0.5份。
[0024](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料，在60°C條件下高速攪拌IOmin至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率8W，掃描速度
1000mm/s，燒結(jié)厚度為0.05mm，制備為所需制件。
[0025]成型制件性能檢測見表一。
[0026]實(shí)施例4
(1)按以下比例配備原料:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑2，4-二羧基二苯甲酮3份，
消泡劑二甲基聚硅氧烷4份，
流平劑有機(jī)硅-環(huán)氧乙烷共聚物5份，
抗氧劑四(3，5- 二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯1份。
[0027](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料，在60°C條件下高速攪拌20min至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率10W，掃描速度
2000mm/s，燒結(jié)厚度為0.1mm，制備為所需制件。
[0028]成型制件性能檢測見表一。
[0029]實(shí)施例5
(I)按以下比例配備原料:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑氯化苯并三唑4份，
消泡劑環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷共聚醚5份，
流平劑有機(jī)硅-環(huán)氧丙烷共聚物6份，
抗氧劑三(2，4- 二叔丁基)亞磷酸苯酯1.5份。
[0030](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料，在70°C條件下高速攪拌20min至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率10W，掃描速度
2000mm/s，燒結(jié)厚度為0.1mm，制備為所需制件。[0031]成型制件性能檢測見表一。
[0032]實(shí)施例6
(I)按以下比例配備原料:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑氯化苯并三唑5份，
消泡劑環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷共聚醚6份，
流平劑有機(jī)硅-環(huán)氧丙烷共聚物7份，
抗氧劑三(2，4- 二叔丁基)亞磷酸苯酯2份。
[0033](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料，在70°C條件下高速攪拌20min至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率10W，掃描速度
2000mm/s，燒結(jié)厚度為0.1mm，制備為所需制件。
[0034]成型制件性能檢測見表一。
[0035]實(shí)施例7
(I)按以下比例配備原料:`
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑氯化苯并三唑6份，
消泡劑環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷共聚醚7份，
流平劑有機(jī)硅-環(huán)氧丙烷共聚物8份，
抗氧劑三(2，4- 二叔丁基)亞磷酸苯酯2.5份。
[0036](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料，在80°C條件下高速攪拌30min至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率12W，掃描速度
3000mm/s，燒結(jié)厚度為0.15mm，制備為所需制件。
[0037]成型制件性能檢測見表一。
[0038]實(shí)施例8
(I)按以下比例配備原料:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮7份，
消泡劑聚醚硅氧烷8份，
流平劑聚二甲基硅氧烷9份，
抗氧劑N，N’ -雙-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺3份。
[0039](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料，在80°C條件下高速攪拌30min至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率12W，掃描速度
3000mm/s，燒結(jié)厚度為0.15mm，制備為所需制件。
[0040]成型制件性能檢測見表一。
[0041]實(shí)施例9
(I)按以下比例配備原料:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮8份，
消泡劑聚醚硅氧烷9份，流平劑聚二甲基硅氧烷10份，
抗氧劑N，N’ -雙-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺4份。
[0042](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料，在90°C條件下高速攪拌40min至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率15W，掃描速度
3000mm/s，燒結(jié)厚度為0.2mm，制備為所需制件。
[0043]成型制件性能檢測見表一。
[0044]實(shí)施例10
(I)按以下比例配備原料:
聚苯乙烯微球100份，
光穩(wěn)劑2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮10份，
消泡劑聚醚硅氧烷10份，
流平劑聚二甲基硅氧烷9份，
抗氧劑N, N’ -雙-(3- (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺5份。
[0045](2)在容器中陸續(xù)加入上述原料,在90°C條件下高速攪拌40min至分散均勻；
(3)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率15W，掃描速度
3000mm/s，燒結(jié)厚度為0.2mm，制備為所需制件。
[0046]成型制件性能檢測見表一。
[0047]對照實(shí)例I
直接將尼龍6粉末材料在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功
率12W，掃描速度2000mm/s，燒結(jié)厚度為0.10mm，制備為所需制件。
[0048]成型制件性能檢測見表一。
[0049]對照實(shí)例2
直接將尼龍12粉末材料在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功
率12W，掃描速度2000mm/s，燒結(jié)厚度為0.10mm，制備為所需制件。
[0050]成型制件性能檢測見表一。
[0051]表一:
【權(quán)利要求】
1.一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，由以下重量份的組分制成: 聚苯乙烯微球100份， 光穩(wěn)劑0.1~10份， 消泡劑0.1~10份， 流平劑0.1~10份， 抗氧劑0.1~5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的聚苯乙烯微球粒徑為I μ m~50 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的光穩(wěn)劑為2，4- 二羧基二苯甲酮、氯化苯并三唑和2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的消泡劑為二甲基聚硅氧烷、環(huán)氧乙烷環(huán)氧丙烷共聚醚和聚醚硅氧烷中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的流平劑為有機(jī)硅-環(huán)氧乙烷共聚物、有機(jī)硅-環(huán)氧丙烷共聚物和聚二甲基硅氧烷中的至少 一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的抗氧劑為四(3，5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基)亞磷酸苯酯和N，N’ -雙-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；?己二胺中的至少一種。
7.權(quán)利要求1所述的一種用于3D打印的聚苯乙烯微球材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在容器中陸續(xù)加入所需聚苯乙烯微球100份、光穩(wěn)劑0.1~10份、消泡劑0.1~10份、流平劑0.1~10份、抗氧劑0.1~5份,在40°C~90°C條件下高速攪拌IOmin~40min至分散均勻； (2)在3D打印設(shè)備上將上述材料制備為制件，工藝參數(shù)為:光源功率8~15W，掃描速度1000mm/s~3000mm/s,燒結(jié)厚度為0.05mm~0.2mm,制備為所需制件。
【文檔編號】C08K5/134GK103772837SQ201410007964
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】楊桂生, 李梟 申請人:合肥杰事杰新材料股份有限公司