本發(fā)明涉及石蠟支撐材料，特別涉及一種高韌性3D打印石蠟成型材料及其制備方法。
背景技術：
熔積成型（FDM——Fused Deposition Modeling）法是3D打印快速成型技術中的一種，該方法使用絲狀材料（石蠟、金屬、塑料、低熔點合金絲）為原料，利用電加熱方式將絲材加熱至略高于熔化溫度（約比熔點高1℃），在計算機的控制下，噴頭作x-y平面運動，將熔融的材料涂覆在工作臺上，冷卻后形成工件的一層截面，一層成形后，噴頭上移一層高度，進行下一層涂覆，這樣逐層堆積形成三維工件。它可以在無需準備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產(chǎn)品設計（CAD）數(shù)據(jù)，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型。目前市場上運用這種技術進行3D打印的主要有由美國3D System公司的Rock Hill，S.C.研發(fā)的ProjetTM 3D打印機。這款打印機采用的石蠟成型材料能打印出滿足珠寶設計、首飾模型、精密鑄造等高精密度和光潔度要求的產(chǎn)品。但用這種石蠟成型材料打印的產(chǎn)品韌性較小，彈性恢復度小，在較小的作用力下就容易造成產(chǎn)品變形或者破損。不利于產(chǎn)品的運輸和保存，也限制了3D打印在其他行業(yè)的普及。而且3D System 公司提供的成型材料價格昂貴，目前，除了珠寶行業(yè)以外，這種價格昂貴的石蠟成型材料不能滿足一些比如五金鑄件等成本相對較低的行業(yè)的需求。由于3D打印技術可以大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高開發(fā)質量的優(yōu)點。各類制造業(yè)對3D打印技術的需求也在日益增加，但是由于國內還沒有成熟的石蠟成型材料生產(chǎn)技術，石蠟成型材料只能從外國進口，始終制約著3D打印技術在其他行業(yè)的應用與發(fā)展。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種高韌性3D打印石蠟成型材料及其制備方法。
本發(fā)明所采取的技術方案是：一種高韌性3D打印石蠟成型材料，其原料組分按質量百分比計如下：
石蠟 30~50%；
蜂蠟 2~5%；
環(huán)氧樹脂 5~10%；
固化劑 2~3%；
粘度調節(jié)劑 2~20%；
增韌聚合物 20~30%；
高硬度聚合物 6~25%；
填充材料 2~4%；
染料 0.1~0.3%；
相轉移劑 2~4%。
作為上述方案的進一步改進，所述石蠟選自木蠟、費托蠟、植物蠟中的至少一種。
作為上述方案的進一步改進，所述環(huán)氧樹脂的軟化溫度低于60℃。
作為上述方案的進一步改進，所述固化劑選自苯二甲胺或間苯二胺。
作為上述方案的進一步改進，所述粘度調節(jié)劑選自聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、聚丙烯蠟、沙索蠟中的至少一種。
作為上述方案的進一步改進，所述增韌聚合物選自低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、聚1-丁烯、聚丙烯、醋酸纖維素、聚對苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的至少一種。
作為上述方案的進一步改進，所述高硬度聚合物選自聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、苯乙烯-丙烯腈中的至少一種。
作為上述方案的進一步改進，所述填充材料為共熔合金；所述染料選自油溶藍105、科迪B-134、科迪BL05中的至少一種。
作為上述方案的進一步改進，所述相轉移劑選自吐溫20、吐溫21、吐溫40、吐溫60、吐溫61、吐溫80、吐溫81、吐溫85、18-冠醚-6、15-冠醚-5中的至少一種。
一種如上所述的高韌性3D打印石蠟成型材料的制備方法，其包括如下工藝步驟：
（1）將原料組分按質量百分比計加入石蠟、蜂蠟、環(huán)氧樹脂、增韌聚合物、高硬度聚合物到反應釜中，攪拌均勻，再緩慢加入固化劑、填充材料、染料、相轉移劑，同時逐步加熱到110℃，調節(jié)攪拌轉速為850~1200r/min，反應6h；
（2）待反應完全后緩慢加入粘度調節(jié)劑調節(jié)材料粘度為15cps，得半成品；
（3）將上述半成品依次通過500μm、20μm、10μm、5μm的濾芯，得成品。
本發(fā)明的有益效果是：通過加入蜂蠟對該石蠟支撐材料進行物理改性，有效提高其沖擊韌性，同時通過加入環(huán)氧樹脂和相應的固化劑及調整其添加量，在提高該石蠟支撐材料的硬度和強度、減少收縮率的同時，使該石蠟支撐材料與3D打印產(chǎn)品界面的結合強度適中，在后期去除石蠟支撐材料時易剝離、無形變且不影響其對3D打印產(chǎn)品打印過程中的支撐功能。本發(fā)明的石蠟支撐材料中加入了增韌聚合物和高硬度聚合物，能有效降低材料針入度和提高材料的韌性，使本發(fā)明具有優(yōu)異的綜合性能。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明進行具體描述，以便于所屬技術領域的人員對本發(fā)明的理解。有必要在此特別指出的是，實施例只是用于對本發(fā)明做進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術熟練人員，根據(jù)上述發(fā)明內容對本發(fā)明作出的非本質性的改進和調整，應仍屬于本發(fā)明的保護范圍。同時下述所提及的原料未詳細說明的，均為市售產(chǎn)品。
實施例1
一種高韌性3D打印石蠟成型材料，其原料組分按質量百分比計如下：
植物蠟 50%；
蜂蠟 3%；
環(huán)氧樹脂 5%；
苯二甲胺 2%；
粘度調節(jié)劑 7%；
增韌聚合物 20%；
聚苯乙烯 6%；
共熔合金 4%；
染料 0.1%；
相轉移劑 2.9%；
其中，環(huán)氧樹脂的軟化溫度低于60℃；粘度調節(jié)劑為聚乙烯蠟和氧化聚乙烯蠟的混合物；增韌聚合物為低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯和聚氯乙烯的混合物；染料為油溶藍105和科迪B-134的混合物；相轉移劑為吐溫60、吐溫80和18-冠醚-6的混合物。
制備方法：
（1）將原料組分按質量百分比計加入植物蠟、蜂蠟、環(huán)氧樹脂、增韌聚合物、聚苯乙烯到反應釜中，攪拌均勻，再緩慢加入苯二甲胺、共熔合金、染料、相轉移劑，同時逐步加熱到110℃，調節(jié)攪拌轉速為900r/min，反應6h；
（2）待反應完全后緩慢加入粘度調節(jié)劑調節(jié)材料粘度為15cps，得半成品；
（3）將上述半成品依次通過500μm、20μm、10μm、5μm的濾芯，得成品。
實施例2
一種高韌性3D打印石蠟成型材料，其原料組分按質量百分比計如下：
石蠟 30%；
蜂蠟 5%；
環(huán)氧樹脂 7%；
間苯二胺 3%；
粘度調節(jié)劑 3%；
增韌聚合物 30%；
高硬度聚合物 15%；
共熔合金 2.7%；
科迪BL05 0.3%；
相轉移劑 4%。
其中，環(huán)氧樹脂的軟化溫度低于60℃；石蠟為木蠟和費托蠟的混合物；粘度調節(jié)劑為聚丙烯蠟和沙索蠟的混合物；增韌聚合物為聚1-丁烯、聚丙烯、醋酸纖維素和聚碳酸酯的混合物；高硬度聚合物為聚甲基丙烯酸酯和苯乙烯-丙烯腈中的混合物；相轉移劑為吐溫20、吐溫21、吐溫40、吐溫61、吐溫80、吐溫85和15-冠醚-5的混合物。
制備方法：
（1）將原料組分按質量百分比計加入石蠟、蜂蠟、環(huán)氧樹脂、增韌聚合物、高硬度聚合物到反應釜中，攪拌均勻，再緩慢加入間苯二胺、共熔合金、科迪BL05、相轉移劑，同時逐步加熱到110℃，調節(jié)攪拌轉速為1200r/min，反應6h；
（2）待反應完全后緩慢加入粘度調節(jié)劑調節(jié)材料粘度為15cps，得半成品；
（3）將上述半成品依次通過500μm、20μm、10μm、5μm的濾芯，得成品。
實施例3
一種高韌性3D打印石蠟成型材料，其原料組分按質量百分比計如下：
石蠟 34%；
蜂蠟 2%；
環(huán)氧樹脂 5%；
苯二甲胺 2%；
粘度調節(jié)劑 2%；
增韌聚合物 24%；
高硬度聚合物 25%；
共熔合金 3%；
染料 0.2%；
吐溫40 2.8%。
其中，環(huán)氧樹脂的軟化溫度低于60℃；石蠟為木蠟、費托蠟和植物蠟的混合物；粘度調節(jié)劑為聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟、聚丙烯蠟和沙索蠟的混合物；增韌聚合物為低密度聚乙烯、聚1-丁烯、醋酸纖維素和聚碳酸酯的混合物；高硬度聚合物為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯和苯乙烯-丙烯腈中的混合物；染料為油溶藍105、科迪B-134和科迪BL05的混合物。
制備方法：
（1）將原料組分按質量百分比計加入石蠟、蜂蠟、環(huán)氧樹脂、增韌聚合物、高硬度聚合物到反應釜中，攪拌均勻，再緩慢加入苯二甲胺、共熔合金、染料、吐溫40，同時逐步加熱到110℃，調節(jié)攪拌轉速為850r/min，反應6h；
（2）待反應完全后緩慢加入粘度調節(jié)劑調節(jié)材料粘度為15cps，得半成品；
（3）將上述半成品依次通過500μm、20μm、10μm、5μm的濾芯，得成品。
實施例4
一種高韌性3D打印石蠟成型材料，其原料組分按質量百分比計如下：
木蠟 40%；
蜂蠟 2%；
環(huán)氧樹脂 5%；
間苯二胺 2%；
氧化聚乙烯蠟 20%；
低密度聚乙烯 20%；
苯乙烯-丙烯腈 6%；
共熔合金 2%；
油溶藍105 0.3%；
相轉移劑 2.7%。
其中，環(huán)氧樹脂的軟化溫度低于60℃；相轉移劑為吐溫81、18-冠醚-6和15-冠醚-5的混合物。
制備方法：
（1）將原料組分按質量百分比計加入木蠟、蜂蠟、環(huán)氧樹脂、低密度聚乙烯、苯乙烯-丙烯腈到反應釜中，攪拌均勻，再緩慢加入間苯二胺、共熔合金、油溶藍105、相轉移劑，同時逐步加熱到110℃，調節(jié)攪拌轉速為850~1200r/min，反應6h；
（2）待反應完全后緩慢加入氧化聚乙烯蠟調節(jié)材料粘度為15cps，得半成品；
（3）將上述半成品依次通過500μm、20μm、10μm、5μm的濾芯，得成品。
上述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡與本發(fā)明類似的工藝及所作的等效變化，均應屬于本發(fā)明的保護范疇。