本發(fā)明涉及3D打印成型材料領(lǐng)域，特別是涉及一種可用于3D打印的聚苯乙烯材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造過程中去除大量的材料，也不必通過復(fù)雜的鍛造工藝就可以得到最終產(chǎn)品，因此，在生產(chǎn)上可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、節(jié)約材料和節(jié)省能源。3D打印技術(shù)適合于新產(chǎn)品開發(fā)、快速單件及小批量零件制造、復(fù)雜形狀零件的制造、模具的設(shè)計與制造等，也適合于難加工材料的制造、外形設(shè)計檢查、裝配檢驗和快速反求工程等。因此，3D打印產(chǎn)業(yè)受到了國內(nèi)外越來越廣泛的關(guān)注，將成為下一個具有廣闊發(fā)展前景的朝陽產(chǎn)業(yè)。3D打印材料是3D打印技術(shù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在某種程度上，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用。3D打印所用的這些原材料都是專門針對3D打印設(shè)備和工藝而研發(fā)的，與普通的塑料、石膏、樹脂等有所區(qū)別，其形態(tài)一般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等。近年來，3D打印技術(shù)得到了快速的發(fā)展，其實際應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增多。但3D打印材料的供給形勢卻并不樂觀，成為制約3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。目前，我國3D打印原材料缺乏相關(guān)標準，國內(nèi)有能力生產(chǎn)3D打印材料的企業(yè)很少，特別是金屬材料主要依賴進口，價格高。這就造成了3D打印產(chǎn)品成本較高，影響了其產(chǎn)業(yè)化的進程。因此，加大對3D打印材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)和資金支持，提高國內(nèi)3D打印用材料的質(zhì)量對促進我國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展尤為重要。聚苯乙烯(PS)是一種熱塑性樹脂，由于其價格低廉且易加工成型，因此得以廣泛應(yīng)用。普通聚苯乙烯樹脂為無毒，無臭，無色的透明顆粒，似玻璃狀脆性材料，其制品具有極高的透明度，透光率可達90％以上，電絕緣性能好，易著色，加工流動性好，剛性好及耐化學(xué)腐蝕性好等。普通聚苯乙烯的不足之處在于性脆，沖擊強度低，易出現(xiàn)應(yīng)力開裂，耐熱性差及不耐沸水等。技術(shù)實現(xiàn)要素：鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種可用于3D打印的聚苯乙烯材料及其制備方法。本發(fā)明制備的聚苯乙烯材料能夠克服以上缺陷，具有具有良好的抗沖擊性及韌性，能夠滿足3D打印所需的材料性能，對于3D打印材料領(lǐng)域的發(fā)展具有一定的意義。為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明第一方面提供一種可用于3D打印的聚苯乙烯材料，其原料按重量份計，包括如下組分：優(yōu)選的，所述聚苯乙烯為接枝共聚高抗沖擊性聚苯乙烯，且共聚物中苯乙烯組分含量占比93-97％。更優(yōu)選的，所述聚苯乙烯為馬來酸酐接枝聚苯乙烯，所述馬來酸酐接枝聚苯乙烯數(shù)均分子量在10000-50000范圍。優(yōu)選的，所述填料為重質(zhì)碳酸鈣、滑石粉中的一種或多種的混合。更優(yōu)選的，所述滑石粉的粒度為1000-1500目，所述碳酸鈣為重質(zhì)碳酸鈣，所述重質(zhì)碳酸鈣的粒度為2000-2500目。進一步優(yōu)選的，所述滑石粉中二氧化硅含量在59-61wt％左右，氧化鎂含量在29-31wt％左右，更優(yōu)選的，所述填料為重質(zhì)碳酸鈣、滑石粉的混合，其中碳酸鈣重量占比85-95％。優(yōu)選的，所述增韌劑為順丁橡膠、POE(聚烯烴彈性體Polyolefinelastomer)與EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)的混合物，其中，順丁橡膠、POE與EVA的重量比為：70-80：20-30：5-10。優(yōu)選的，所述順丁橡膠鎳系順丁橡膠。優(yōu)選的，所述POE為美國陶氏POE8150。優(yōu)選的，所述EVA為韓國三星E168L。優(yōu)選的，所述抗氧化劑為四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。優(yōu)選的，所述輔料包括本領(lǐng)域技術(shù)人員認為所需的打印材料用著色劑、加工助劑、潤滑 劑中的一種或多種的組合。所述著色劑是一種可以改變材料固有顏色的物質(zhì)，所述著色劑可采用本領(lǐng)域各種著色劑，使用量為1-5重量份。所述加工助劑包括但不限于：甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸酯混合物，其質(zhì)量比為1:8，使用量為1-5重量份。所述輔料的使用量之和≤5份。本發(fā)明第二方面提供所述可用于3D打印的聚苯乙烯材料的制備方法，包括如下步驟：1)按配方將聚苯乙烯、增韌劑、填料、抗氧化劑和其它輔料在高速混合器中混合均勻；2)將混合后的原料加入雙螺桿擠出機中，經(jīng)熔融擠出后冷卻造粒。在本發(fā)明一實施例中，所述雙螺桿擠出機螺桿直徑為70mm，長徑比為25:1。優(yōu)選的，所述步驟1中，混合的具體條件為：干混5-20分鐘。優(yōu)選的，所述步驟2中，擠出的具體條件為：螺筒內(nèi)溫度為：一區(qū)165-210℃，二區(qū)165-210℃，三區(qū)165-210℃，四區(qū)165-210℃，機頭165-210℃，雙螺桿擠出機轉(zhuǎn)速為100-1000轉(zhuǎn)/分本發(fā)明第三方面提供所述可用于3D打印的聚苯乙烯材料在3D打印材料制備領(lǐng)域的用途。如上所述，本發(fā)明的聚苯乙烯材料，具有以下有益效果：1、與現(xiàn)有聚苯乙烯材料相比，本發(fā)明制備的聚苯乙烯材料具有良好的抗沖擊性及韌性。2、本發(fā)明制備的聚苯乙烯材料具有易加工性、良好的性能和成本低的特點。具體實施方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。須知，下列實施例中未具體注明的工藝設(shè)備或裝置均采用本領(lǐng)域內(nèi)的常規(guī)設(shè)備或裝置。此外應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個或多個方法步驟并不排斥在所述組合步驟前后還可以存在其他方法步驟或在這些明確提到的步驟之間還可以插入其他方法步驟，除非另有說明；還應(yīng)理解，本發(fā)明中提到的一個或多個設(shè)備/裝置之間的組合連接關(guān)系并不排斥在所述組合設(shè) 備/裝置前后還可以存在其他設(shè)備/裝置或在這些明確提到的兩個設(shè)備/裝置之間還可以插入其他設(shè)備/裝置，除非另有說明。而且，除非另有說明，各方法步驟的編號僅為鑒別各方法步驟的便利工具，而非為限制各方法步驟的排列次序或限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容的情況下，當亦視為本發(fā)明可實施的范疇。實施例中各原料信息如下：聚苯乙烯購自上海賽科251P；滑石粉購自佛山市源磊粉體有限公司1250目；實施例中的填料為重質(zhì)碳酸鈣與滑石粉的混合，其中實施例1、2、3中碳酸鈣重量占比分別為85％、90％、95％；順丁橡膠購自燕山石化BR9004；POE購自美國陶氏POE8150；EVA購自韓國三星E168L；其他原料均為市售。實施例1按重量份稱取原料，稱取聚苯乙烯83.5份、填料為6.5份、增韌劑(順丁橡膠：POE:EVA＝70:20:5)為9.5份、抗氧劑為0.4份，在高速混合器中干混12分鐘，再加入雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒,其中螺筒內(nèi)溫度為：一區(qū)180℃，二區(qū)205℃，三區(qū)205℃，四區(qū)210℃，機頭210℃，雙螺桿擠出機轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分。粒子經(jīng)干燥后在注射成型機上注射成型制樣。實施例2按重量份稱取原料，稱取聚苯乙烯79.3份、填料為10.5份、增韌劑(順丁橡膠：POE:EVA＝75:20:10)為9.7份、抗氧劑為0.3份，在高速混合器中干混12分鐘，再加入雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒,其中螺筒內(nèi)溫度為：一區(qū)180℃，二區(qū)205℃，三區(qū)205℃，四區(qū)210℃，機頭210℃，雙螺桿擠出機轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分。粒子經(jīng)干燥后在注射成型機上注射成型制樣。實施例3按重量份稱取原料，稱取聚苯乙烯75.7份、填料為14.4份、增韌劑(順丁橡膠： POE:EVA＝75:25:8)為8.8份、抗氧劑為0.7份，在高速混合器中干混12分鐘，再加入雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒,其中螺筒內(nèi)溫度為：一區(qū)180℃，二區(qū)205℃，三區(qū)205℃，四區(qū)210℃，機頭210℃，雙螺桿擠出機轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分。粒子經(jīng)干燥后在注射成型機上注射成型制樣。實施例4按重量份稱取原料，稱取聚苯乙烯84.6份、填料為6.8份、增韌劑(順丁橡膠：POE:EVA＝80:30:10)為8.2份、抗氧劑為0.1份，在高速混合器中干混12分鐘，再加入雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒,其中螺筒內(nèi)溫度為：一區(qū)180℃，二區(qū)205℃，三區(qū)205℃，四區(qū)210℃，機頭210℃，雙螺桿擠出機轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)/分。粒子經(jīng)干燥后在注射成型機上注射成型制樣。性能評價方式：樣品密度測試按ISO1183A標準進行，單位g/cm3；樣品拉伸性能測試按ISO527-2標準進行，試樣尺寸為170×10×4mm，拉伸速度為50mm/min，單位MPa；彎曲性能測試按ISO178標準進行，試樣尺寸為80×10×4mm，跨距64mm，彎曲速度2mm/min，單位MPa；簡支梁沖擊性能測試按ISO179標準進行，試樣尺寸為80×10×4mm，缺口深度為2mm,單位KJ/m2；熱變形溫度按照ISO75-2標準進行，樣條尺寸80*10*4，負荷0.45MPa,升溫速度120℃/Hr，單位℃；霧度按照ASTMD-1003測試，厚度1mm，單位％。材料收縮率按照ISO2577測試，單位％。各實施案例與典型聚丙烯的性能對比見表1：表1純聚苯乙烯實施案例1實施案例2實施案例3實施案例4密度1.051.121.071.111.16拉伸強度50.027.628.028.329.9彎曲模量82.7229283265274缺口沖擊強度5.416.817.919.420.8熱變形溫度83.3109.498.8104.2109.5霧度2718161417材料收縮率1.740.860.710.941.05綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡 所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當前第1頁1 2 3