本發(fā)明涉及一種ABS/PC合金材料，具體一種用于3D打印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

快速成型技術(shù)又稱“3D打印”或“快速原型制造技術(shù)”(Rapid prototyping manufacturing),是基于材料堆積法的一種高新制造技術(shù)，利用三維 CAD 的數(shù)據(jù)，通過快速成型機(jī)，將一層層的材料堆積成實(shí)體原型的方法。這種方法有諸多優(yōu)點(diǎn)，其制造快速，可完全再現(xiàn)三維效果，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具生產(chǎn)同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化，同時(shí)其用料廣泛，各類 3D 打印機(jī)設(shè)備上所使用的材料種類有 ：樹脂、尼龍、塑料、石蠟、紙以及金屬或陶瓷的粉末等。而最廣泛的材料主要是聚乳酸ABS等高分子樹脂材料。受限于材料本身的強(qiáng)度和粘結(jié)性能，打印出來的產(chǎn)品強(qiáng)度不夠，容易破碎、開裂。由于現(xiàn)有材料本身熱膨脹系數(shù)較高，“層層堆積”的成型方法所制備出的產(chǎn)品其表面通常由于材料收縮而形成的層與層間縫隙，產(chǎn)品光潔度低，而需要進(jìn)行打磨、拋光等處理，導(dǎo)致3D打印無法大規(guī)模應(yīng)用到生產(chǎn)中。此外，由于材料收縮形成的縫隙也容易成為應(yīng)力點(diǎn)兒發(fā)生應(yīng)力開裂，影響3D打印制備的產(chǎn)品強(qiáng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明公開一種高韌性和熱膨脹系數(shù)低的快速成型材料。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于3D打印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計(jì)包括：

PC 12.3-33.2份；

ABS 45-67份；

光潔增強(qiáng)劑 1.5-2.3份；

所述光潔增強(qiáng)劑其原料按重量計(jì)包括3份硅酮粉、0.02份三乙醇胺、1.2份聚乙烯吡咯烷酮、5份氯化石蠟、0.8份甲基丙烯酸甲酯以及0.01份硫酸鎂。

所述PC為現(xiàn)有技術(shù)的聚碳酸酯材料可選用任一種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，所述ABS即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料?？刹捎萌我环N現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。PC具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，但流動(dòng)性差、抗沖擊性能低，不能單獨(dú)適用于快速成型技術(shù)中。與少量的ABS混合制成的合金，具有絕緣性能良好、流動(dòng)性高等優(yōu)點(diǎn)，有利于制備精細(xì)化的電子產(chǎn)品零件。但現(xiàn)有技術(shù)的ABS/PC合金材料具有較大的線性熱膨脹系數(shù),應(yīng)用在快速成型技術(shù)中將使產(chǎn)品表面因收縮而產(chǎn)生的每層材料間的微型縫隙，表現(xiàn)為產(chǎn)品表面粗糙。本發(fā)明特別選用3份硅酮粉、0.02份三乙醇胺、1.2份聚乙烯吡咯烷酮、5份氯化石蠟、0.8份甲基丙烯酸甲酯以及0.01份硫酸鎂制成所述光潔增強(qiáng)劑，該光潔增強(qiáng)劑能夠有效降低ABS/PC合金材料的線性熱膨脹系數(shù)，使在快速成型生產(chǎn)產(chǎn)品過程中，每一層材料間因收縮原因而產(chǎn)生的收縮縫隙降低，獲得表面光滑的產(chǎn)品。而縮小層間縫隙，有助于產(chǎn)品表面的應(yīng)力點(diǎn)，進(jìn)而提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，同時(shí)能維持ABS與PC間的結(jié)合強(qiáng)度，使之不易分離。特別的，氯化石蠟和聚乙烯吡咯烷酮同時(shí)存在時(shí)，將明顯提高所制得的ABS/PC合金材料的缺口抗沖擊強(qiáng)度，應(yīng)用在快速成型技術(shù)中將制備出可靠性更高、壽命更長(zhǎng)的產(chǎn)品。聚乙烯吡咯烷酮極易溶于水及含鹵代烴類溶劑、醇類、胺類、硝基烷烴及低分子脂肪酸等,不溶于丙酮、乙醚、松節(jié)油、脂肪烴和脂環(huán)烴等少數(shù)溶劑。能與多數(shù)無機(jī)酸鹽、多種樹脂相容。聚乙烯吡咯烷酮還可作為相容劑，能夠有效增強(qiáng)PC的表面吸附能力，使PC與ABS的交聯(lián)復(fù)合作用顯著增強(qiáng)，有效提高復(fù)合材料的韌性。

上述硅酮粉、三乙醇胺、聚乙烯吡咯烷酮、氯化石蠟、甲基丙烯酸甲酯以及硫酸鎂可選用任一種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，各種原料的粒徑優(yōu)選在50—200μm之間。

進(jìn)一步的，所述光潔增強(qiáng)劑的制備方法為將所述硫酸鎂和氯化石蠟加入質(zhì)量為其二者質(zhì)量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌并加熱至80℃，加入所述硅酮粉、三乙醇胺、氯化石蠟、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮，保持50分鐘后，降溫至45℃蒸發(fā)至混合液體的質(zhì)量為原料中硫酸鎂和氯化石蠟質(zhì)量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。

進(jìn)一步的還包括抗氧化劑和/或增韌劑。

所述抗氧化劑可選用任一種現(xiàn)有的ABS/PC抗氧化劑，如市售的S 9229；增韌劑可選用S 2001。除此以外，還可選用任一種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

一種制備所述ABS/PC合金材料的方法，包括如下步驟：將所述ABS和PC分別在100℃下干燥4小時(shí)，經(jīng)混合裝置混合3min，以235—250℃的溫度以及350r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的粗制顆粒；將所述粗制顆粒在90℃下干燥12小時(shí)，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以230—245℃的溫度以及450r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的顆粒即所述用于3D打印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料。

設(shè)計(jì)人發(fā)現(xiàn)，光潔增強(qiáng)劑有一定的可能性會(huì)阻礙ABS和PC材料的結(jié)合，但是在光潔增強(qiáng)劑中添加了聚乙烯吡咯烷酮，ABS和PC材料的結(jié)合能力極大地加強(qiáng)，最終獲得性質(zhì)穩(wěn)定的ABS/PC合金材料。

任一種現(xiàn)有技術(shù)的共混法也可用于制備被發(fā)明的ABS/PC合金材料。

本發(fā)明提供的ABS/PC合金材料具有良好的熱塑性及固化速度，同時(shí)具有優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品的強(qiáng)度和表面光潔度，特別有利于應(yīng)用在電機(jī)、汽車表盤、汽車飛機(jī)模型、儀表箱殼體、家用電器、家具等產(chǎn)品的精細(xì)零件的3D打印技術(shù)中。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種用于3D打印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計(jì)包括：

PC 22份；

ABS 58份；

光潔增強(qiáng)劑 1.7份；

所述光潔增強(qiáng)劑其原料按重量計(jì)包括3份硅酮粉、0.02份三乙醇胺、1.2份聚乙烯吡咯烷酮、5份氯化石蠟、0.8份甲基丙烯酸甲酯以及0.01份硫酸鎂。

所述光潔增強(qiáng)劑的制備方法為將所述硫酸鎂和氯化石蠟加入質(zhì)量為其二者質(zhì)量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌并加熱至80℃，加入所述硅酮粉、三乙醇胺、氯化石蠟、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮，保持50分鐘后，降溫至45℃蒸發(fā)至混合液體的質(zhì)量為原料中硫酸鎂和氯化石蠟質(zhì)量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。

一種制備所述ABS/PC合金材料的方法，包括如下步驟：將所述ABS和PC分別在100℃下干燥4小時(shí)，經(jīng)混合裝置混合3min，以245℃的溫度以及350r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的粗制顆粒；將所述粗制顆粒在90℃下干燥12小時(shí)，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以240℃的溫度以及450r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的顆粒即所述用于3D打印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料。

將本實(shí)施例的合金材料采用現(xiàn)有3D打印技術(shù)，如美國(guó)MakerBot公司的3D打印機(jī)MakerBot Replicator 2X，制成一1000mm×1000mm×20mm的板狀零件，采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種用于3D打印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計(jì)包括：

PC 12.3份；

ABS 45份；

光潔增強(qiáng)劑 1.5份；

所述光潔增強(qiáng)劑其原料按重量計(jì)包括3份硅酮粉、0.02份三乙醇胺、1.2份聚乙烯吡咯烷酮、5份氯化石蠟、0.8份甲基丙烯酸甲酯以及0.01份硫酸鎂。

所述光潔增強(qiáng)劑的制備方法為將所述硫酸鎂和氯化石蠟加入質(zhì)量為其二者質(zhì)量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌并加熱至80℃，加入所述硅酮粉、三乙醇胺、氯化石蠟、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮，保持50分鐘后，降溫至45℃蒸發(fā)至混合液體的質(zhì)量為原料中硫酸鎂和氯化石蠟質(zhì)量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。

一種制備所述ABS/PC合金材料的方法，包括如下步驟：將所述ABS和PC分別在100℃下干燥4小時(shí)，經(jīng)混合裝置混合3min，以250℃的溫度以及350r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的粗制顆粒；將所述粗制顆粒在90℃下干燥12小時(shí)，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以230℃的溫度以及450r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的顆粒即所述用于3D打印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料。

將本實(shí)施例的合金材料采用現(xiàn)有3D打印技術(shù)，如美國(guó)MakerBot公司的3D打印機(jī)MakerBot Replicator 2X，制成一1000mm×1000mm×20mm的板狀零件，采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種用于3D打印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計(jì)包括：

PC 33.2份；

ABS 67份；

光潔增強(qiáng)劑 2.3份；

所述光潔增強(qiáng)劑其原料按重量計(jì)包括3份硅酮粉、0.02份三乙醇胺、1.2份聚乙烯吡咯烷酮、5份氯化石蠟、0.8份甲基丙烯酸甲酯以及0.01份硫酸鎂。

所述光潔增強(qiáng)劑的制備方法為將所述硫酸鎂和氯化石蠟加入質(zhì)量為其二者質(zhì)量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌并加熱至80℃，加入所述硅酮粉、三乙醇胺、氯化石蠟、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮，保持50分鐘后，降溫至45℃蒸發(fā)至混合液體的質(zhì)量為原料中硫酸鎂和氯化石蠟質(zhì)量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。

一種制備所述ABS/PC合金材料的方法，包括如下步驟：將所述ABS和PC分別在100℃下干燥4小時(shí)，經(jīng)混合裝置混合3min，以235℃的溫度以及350r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的粗制顆粒；將所述粗制顆粒在90℃下干燥12小時(shí)，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以245℃的溫度以及450r/min的轉(zhuǎn)速在雙螺旋擠出機(jī)中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的顆粒即所述用于3D打印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料。

將本實(shí)施例的合金材料采用現(xiàn)有3D打印技術(shù)，如美國(guó)MakerBot公司的3D打印機(jī)MakerBot Replicator 2X，制成一1000mm×1000mm×20mm的板狀零件，采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。

對(duì)比例

本對(duì)比例提供一種用于3D打印的ABS/PC合金材料，其原料按重量計(jì)包括：

PC 22份；

ABS 58份；

硅系增韌劑S-2001 7份。

本對(duì)比例的合金材料制備方法為將原料混合后，在235-255℃下雙螺桿擠出機(jī)擠出。

將本對(duì)比例的合金材料采用現(xiàn)有3D打印技術(shù)，如美國(guó)MakerBot公司的3D打印機(jī)MakerBot Replicator 2X，制成一1000mm×1000mm×20mm的板狀零件，采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。

各實(shí)施例所制備的復(fù)合材料按標(biāo)準(zhǔn)尺寸注塑成測(cè)試用的標(biāo)準(zhǔn)樣條，各實(shí)例中的物理性能分別按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下表所示。

以上為本發(fā)明的其中具體實(shí)現(xiàn)方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些顯而易見的替換形式均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。