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一種組合物及其制備方法與在3D打印聚碳酸酯耗材中的應(yīng)用與流程

文檔序號:12793218閱讀:261來源:國知局

本發(fā)明屬于3d打印技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種組合物及其制備方法與在3d打印聚碳酸酯耗材中的應(yīng)用。



背景技術(shù):

3d打印即增材制造技術(shù),是一種通過連續(xù)物理層疊加,逐層增加材料來生產(chǎn)三維實(shí)體的技術(shù)。通常,3d打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的打印材料,打印機(jī)與電腦連接后,通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來,最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同,3d打印技術(shù)無需原胚和模具,就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù),通過增加材料的方法生產(chǎn)出任何形狀的物體,能夠有效的簡化產(chǎn)品的制造程序,縮短產(chǎn)品的研制周期,提高效率并降低成本。

3d打印的方式有很多種,其中熔融沉積成型(fdm)是目前市場上最常見的一種3d打印方式,其技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展快,但是其所能使用的打印材料較少。在熔融沉積成型的工藝中,打印材料是影響工藝發(fā)展和成品性能的關(guān)鍵因素。目前,常見的打印材料有聚乳酸(pla),丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)、聚乙烯醇(pva)、尼龍(pa)等,這些打印材料由于自身存在的缺點(diǎn),限制了他們的應(yīng)用。其中,聚乳酸和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的力學(xué)性能差,不耐高溫;聚乙烯醇通常用作支撐材料;尼龍的力學(xué)性能好,但是目前國內(nèi)生產(chǎn)的尼龍3d打印材料,成型溫度高、易翹邊、易開裂、收縮大、吸水率高,成型效果較差。

聚碳酸酯樹脂是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料,具有突出的抗沖擊性能,耐蠕變和尺寸穩(wěn)定性好,能在較高的溫度范圍內(nèi)保持較高的力學(xué)強(qiáng)度,是近年來廣泛應(yīng)用的工程塑料。然而,現(xiàn)有技術(shù)中的聚碳酸酯材料,無法同時(shí)滿足加工流動(dòng)性好以及力學(xué)熱學(xué)性能佳,限制了聚碳酸酯材料在3d打印材料領(lǐng)域的發(fā)展。

因此,研發(fā)出一種組合物及其制備方法與在3d打印聚碳酸酯耗材中的應(yīng)用,用于解決現(xiàn)有技術(shù)中,聚碳酸酯材料無法同時(shí)滿足加工流動(dòng)性好以及力學(xué)熱學(xué)性能佳的技術(shù)缺陷,進(jìn)一步推動(dòng)聚碳酸酯材料在3d打印材料領(lǐng)域的發(fā)展,成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

有鑒于此,本發(fā)明提供了一種組合物及其制備方法與在3d打印聚碳酸酯耗材中的應(yīng)用,用于解決現(xiàn)有技術(shù)中,聚碳酸酯材料無法同時(shí)滿足加工流動(dòng)性好以及力學(xué)熱學(xué)性能佳的技術(shù)缺陷,進(jìn)一步推動(dòng)聚碳酸酯材料在3d打印材料領(lǐng)域的發(fā)展。

本發(fā)明提供了一種組合物,所述組合物的原料包括:芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸樹脂、相容劑、抗氧劑以及紫外線吸收劑。

優(yōu)選地,以質(zhì)量份計(jì),所述組合物的原料包括:芳香族聚碳酸酯60~90份、脂肪族聚碳酸酯20~50份、聚甲基丙烯酸甲酯10~40份、聚乳酸樹脂5~10份、相容劑2~10份、抗氧劑0.2~1份以及紫外線吸收劑0.1~1份。

優(yōu)選地,所述相容劑選自:乙烯-丙烯酸丁酯、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙烯-丙烯酸甲酯以及苯乙烯-丙烯腈共聚物中的一種或多種。

優(yōu)選地,所述抗氧劑選自:β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯(抗氧劑1076)、三[2,4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗氧劑168)以及四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧劑1010)中的一種或多種;

所述紫外線吸收劑選自:2'-(2'-羥基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑(uv-326)、2-(2-羥基–3,5-二叔丁基苯基)苯并三唑(uv-320)、2-(2'-羥基-3',5'雙(a,a-二甲基芐基)苯基)苯并三唑(uv-234)以及2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-己基氧基-苯酚(uv-1577)中的一種或多種。

本發(fā)明還提供了一種包括以上任意一項(xiàng)所述組合物的制備方法,所述制備方法為:

步驟一、干燥:芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯混合后,進(jìn)行第一次干燥,得第一產(chǎn)物;所述聚乳酸樹脂進(jìn)行真空干燥,得第二產(chǎn)物;

步驟二、混合攪拌:所述第一產(chǎn)物、第二產(chǎn)物和相容劑混合后,第一次攪拌后,加入抗氧劑和紫外線吸收劑再次混合,第二次攪拌,得第三產(chǎn)物;

步驟三、擠出:所述第三產(chǎn)物熔融共混擠出,得第四產(chǎn)物;

步驟四、拉絲:所述第四產(chǎn)物,拉絲得拉絲產(chǎn)物;

步驟五、后處理:所述拉絲產(chǎn)物第二次干燥,得產(chǎn)品。

優(yōu)選地,所述制備方法還包括:制粒,所述拉絲產(chǎn)物造粒得造粒產(chǎn)物;所述制粒步驟在所述步驟四與步驟五之間進(jìn)行。

優(yōu)選地,所述制備方法還包括:制粉,所述拉絲產(chǎn)物和/或所述造粒產(chǎn)物急冷破碎或溶劑溶解析出,得粉狀產(chǎn)物;

所述制粉步驟在所述步驟四與步驟五之間進(jìn)行。

優(yōu)選地,所述第一次干燥的干燥溫度為120℃,所述第一次干燥的干燥時(shí)間為4~8h;

所述真空干燥的干燥溫度為60℃,所述真空干燥的干燥時(shí)間為4~6h;

所述第一次攪拌的攪拌轉(zhuǎn)速為1000~2000r/min,所述第一次攪拌的攪拌時(shí)間為3~10min;

所述第二次攪拌的攪拌轉(zhuǎn)速為1000~2000r/min,所述第二次攪拌的攪拌時(shí)間為3~10min;

所述擠出的方法為雙螺桿機(jī)熔融擠出,所述雙螺桿機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為20~50r/min,所述雙螺桿機(jī)分段擠出的溫度分別為:200~220℃、220~240℃、240~260℃、250~270℃、270~290℃和270~290℃;

所述第二次干燥的干燥溫度為70℃,所述第二次干燥的干燥時(shí)間為48h。

優(yōu)選地,所述拉絲產(chǎn)物后處理后的直徑為1.75mm或3mm;

所述造粒產(chǎn)物后處理后的直徑為0.5~5mm;

所述制粉產(chǎn)物后處理后的直徑為10~100μm。

本發(fā)明還提供了一種包括以上任意一項(xiàng)所述的組合物或以上任意一項(xiàng)所述的制備方法得到的產(chǎn)品在3d打印聚碳酸酯耗材中的應(yīng)用。

綜上所述,本發(fā)明提供了一種組合物,所述組合物的原料包括:芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸樹脂、相容劑、抗氧劑以及紫外線吸收劑。本發(fā)明還提供了一種上述組合物的制備方法,所述制備方法為:步驟一、干燥:芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯混合后,進(jìn)行第一次干燥,得第一產(chǎn)物;所述聚乳酸樹脂進(jìn)行真空干燥,得第二產(chǎn)物;步驟二、混合攪拌:所述第一產(chǎn)物、第二產(chǎn)物和相容劑混合后,第一次攪拌后,加入抗氧劑和紫外線吸收劑再次混合,第二次攪拌,得第三產(chǎn)物;步驟三、擠出:所述第三產(chǎn)物熔融共混擠出,得第四產(chǎn)物;步驟四、拉絲:所述第四產(chǎn)物,拉絲得拉絲產(chǎn)物;步驟五、后處理:所述拉絲產(chǎn)物第二次干燥,得產(chǎn)品。本發(fā)明還提供了一種上述組合物或上述制備方法得到的產(chǎn)品在3d打印聚碳酸酯耗材中的應(yīng)用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定可得,本發(fā)明提供的技術(shù)方案制得的產(chǎn)品,具有加工流動(dòng)性好、力學(xué)性能佳以及熱學(xué)性能佳的優(yōu)點(diǎn),可應(yīng)用于3d打印耗材領(lǐng)域,解決了現(xiàn)有技術(shù)中,聚碳酸酯材料無法同時(shí)滿足加工流動(dòng)性好以及力學(xué)熱學(xué)性能佳的技術(shù)缺陷,進(jìn)一步推動(dòng)聚碳酸酯材料在3d打印材料領(lǐng)域的發(fā)展。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種組合物的制備方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種組合物及其制備方法與在3d打印聚碳酸酯耗材中的應(yīng)用,用于解決現(xiàn)有技術(shù)中,聚碳酸酯材料無法同時(shí)滿足加工流動(dòng)性好以及力學(xué)熱學(xué)性能佳的技術(shù)缺陷,進(jìn)一步推動(dòng)聚碳酸酯材料在3d打印材料領(lǐng)域的發(fā)展。

下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

為了更詳細(xì)說明本發(fā)明,下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明提供的一種組合物及其制備方法與在3d打印聚碳酸酯耗材中的應(yīng)用,進(jìn)行具體地描述。

實(shí)施例1

稱取600g芳香族聚碳酸酯、500g脂肪族聚碳酸酯和100g聚甲基丙烯酸甲酯混合后,在120℃條件下干燥6h得第一產(chǎn)物1;50g聚乳酸樹脂進(jìn)行在60℃條件下真空干燥4h,得第二產(chǎn)物1。

第一產(chǎn)物1第二產(chǎn)物1和60g相容劑混合后,以1000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌7min后,加入2g抗氧劑和10g紫外線吸收劑再次混合,以1500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3min后,得第三產(chǎn)物1。

第三產(chǎn)物1在雙螺桿機(jī)熔融共混擠出,得第四產(chǎn)物1。其中,雙螺桿機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為50r/min,雙螺桿機(jī)分段擠出的溫度分別為:200℃、240℃、250℃、270℃、280℃和290℃。

第四產(chǎn)物1拉絲成型,得拉絲產(chǎn)物1。拉絲產(chǎn)物1在70℃條件下干燥48h,得產(chǎn)品1。其中,產(chǎn)品1的直徑為3mm。

本實(shí)施例中,芳香族聚碳酸酯為雙酚a型聚碳酸酯,脂肪族聚碳酸酯為聚碳酸三亞甲基酯,相容劑為乙烯-丙烯酸丁酯,抗氧劑為抗氧劑168,紫外線吸收劑為uv-326。

實(shí)施例2

稱取900g芳香族聚碳酸酯、400g脂肪族聚碳酸酯和400g聚甲基丙烯酸甲酯混合后,在120℃條件下干燥4h得第一產(chǎn)物2;80g聚乳酸樹脂進(jìn)行在60℃條件下真空干燥6h,得第二產(chǎn)物2。

第一產(chǎn)物2、第二產(chǎn)物2和20g相容劑混合后,以2000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min后,加入10g抗氧劑和1g紫外線吸收劑再次混合,以2000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5min后,得第三產(chǎn)物2。

第三產(chǎn)物2在雙螺桿機(jī)熔融共混擠出,得第四產(chǎn)物2。其中,雙螺桿機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為40r/min,雙螺桿機(jī)分段擠出的溫度分別為:220℃、235℃、240℃、250℃、270℃和280℃。

第四產(chǎn)物2拉絲成型,得拉絲產(chǎn)物2。拉絲產(chǎn)物2在造粒機(jī)中造粒,得造粒產(chǎn)物2。造粒產(chǎn)物2在70℃條件下干燥48h,得產(chǎn)品2。其中,產(chǎn)品2的直徑為0.5~5mm。

本實(shí)施例中,芳香族聚碳酸酯為聚酯碳酸酯,脂肪族聚碳酸酯為聚碳酸2,2-二甲基三亞甲基酯,相容劑為乙烯-丙烯酸甲酯,抗氧劑為抗氧劑1076,紫外線吸收劑為uv-320。

實(shí)施例3

稱取750g芳香族聚碳酸酯、200g脂肪族聚碳酸酯和250g聚甲基丙烯酸甲酯混合后,在120℃條件下干燥8h得第一產(chǎn)物3;100g聚乳酸樹脂進(jìn)行在60℃條件下真空干燥4h,得第二產(chǎn)物3。

第一產(chǎn)物3、第二產(chǎn)物3和100g相容劑混合后,以1200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3min后,加入5g抗氧劑和5g紫外線吸收劑再次混合,以1000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min后,得第三產(chǎn)物3。

第三產(chǎn)物3在雙螺桿機(jī)熔融共混擠出,得第四產(chǎn)物3。其中,雙螺桿機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為30r/min,雙螺桿機(jī)分段擠出的溫度分別為:205℃、220℃、260℃、265℃、290℃和270℃。

第四產(chǎn)物3拉絲成型,得拉絲產(chǎn)物3。拉絲產(chǎn)物3在70℃條件下干燥48h,得產(chǎn)品3。其中,產(chǎn)品3的直徑為1.75mm。

本實(shí)施例中,芳香族聚碳酸酯為聚酯碳酸酯,脂肪族聚碳酸酯為聚碳酸亞丙酯,相容劑為苯乙烯-丙烯腈共聚物,抗氧劑為抗氧劑1010,紫外線吸收劑為uv-234。

實(shí)施例4

稱取700g芳香族聚碳酸酯、200g脂肪族聚碳酸酯和100g聚甲基丙烯酸甲酯混合后,在120℃條件下干燥4h得第一產(chǎn)物4;50g聚乳酸樹脂進(jìn)行在60℃條件下真空干燥4h,得第二產(chǎn)物4。

第一產(chǎn)物4、第二產(chǎn)物4和20g相容劑混合后,以1600r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min后,加入2g抗氧劑和1g紫外線吸收劑再次混合,以2000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min后,得第三產(chǎn)物4。

第三產(chǎn)物4在雙螺桿機(jī)熔融共混擠出,得第四產(chǎn)物4。其中,雙螺桿機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為20r/min,雙螺桿機(jī)分段擠出的溫度分別為:200℃、240℃、250℃、270℃、280℃和290℃。

第四產(chǎn)物4拉絲成型,得拉絲產(chǎn)物4。拉絲產(chǎn)物4急冷破碎后,得制粉產(chǎn)物4。制粉產(chǎn)物4在70℃條件下干燥48h,得產(chǎn)品4。其中,產(chǎn)品4的直徑為10~100μm。

本實(shí)施例中,芳香族聚碳酸酯為硅氧烷聚碳酸酯,脂肪族聚碳酸酯為聚亞乙基碳酸酯,相容劑為苯乙烯-丙烯腈共聚物,抗氧劑為抗氧劑1076,紫外線吸收劑為uv-1577。

實(shí)施例5

稱取900g芳香族聚碳酸酯、500g脂肪族聚碳酸酯和100g聚甲基丙烯酸甲酯混合后,在120℃條件下干燥8h得第一產(chǎn)物5;300g聚乳酸樹脂進(jìn)行在60℃條件下真空干燥6h,得第二產(chǎn)物5。

第一產(chǎn)物5、第二產(chǎn)物5和60g相容劑混合后,以1500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3min后,加入8g抗氧劑和10g紫外線吸收劑再次混合,以1500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10min后,得第三產(chǎn)物5。

第三產(chǎn)物5在雙螺桿機(jī)熔融共混擠出,得第四產(chǎn)物5。其中,雙螺桿機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為40r/min,雙螺桿機(jī)分段擠出的溫度分別為:200℃、240℃、250℃、270℃、280℃和290℃。

第四產(chǎn)物5拉絲成型,得拉絲產(chǎn)物5。拉絲產(chǎn)物5在造粒機(jī)中造粒,得造粒產(chǎn)物5,造粒產(chǎn)品5在二氯甲烷溶劑中溶解析出,得制粉產(chǎn)物5。制粉產(chǎn)物5在70℃條件下干燥48h,得產(chǎn)品5。其中,產(chǎn)品5的直徑為10~100μm。

本實(shí)施例中,芳香族聚碳酸酯為雙酚a聚碳酸酯,脂肪族聚碳酸酯為聚碳酸亞烷基基酯,相容劑為乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯,抗氧劑為抗氧劑1076,紫外線吸收劑為uv-1577。

實(shí)施例6

本實(shí)施例為測定實(shí)施例1~實(shí)施例5制得的產(chǎn)品1~產(chǎn)品5性能參數(shù)的具體實(shí)施例,本實(shí)施例中,所選取的對照品1和對照品2為市售常規(guī)用于3d打印的pc材料。

將產(chǎn)品1~產(chǎn)品5以及對照品1、對照品2經(jīng)由3d打印機(jī)進(jìn)行3d打印,得到成品1~成品5以及對照成品1、對照成品2。測定產(chǎn)成品1~成品5以及對照成品1、對照成品2的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率,所得結(jié)果請參閱表1。

同時(shí),觀察3d打印過程的打印現(xiàn)象,經(jīng)實(shí)際觀察,產(chǎn)品1~產(chǎn)品4在3d打印過程中出料順暢、層與層之間粘結(jié)好、未發(fā)生斷絲堵噴嘴現(xiàn)象;對照品1在3d打印過程中發(fā)生堵塞噴嘴現(xiàn)象,擠出流動(dòng)性低于產(chǎn)品1~產(chǎn)品4;對照品2打印困難,多次出現(xiàn)堵塞噴嘴現(xiàn)象,發(fā)生夾絲輪打滑不能進(jìn)料現(xiàn)象。

表1

因此,經(jīng)過表1所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及3d打印過程中觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案制得的產(chǎn)品,具有加工流動(dòng)性好、力學(xué)性能佳以及熱學(xué)性能佳的優(yōu)點(diǎn),可應(yīng)用于3d打印耗材領(lǐng)域。同時(shí),本發(fā)明提供的技術(shù)方案制得的產(chǎn)品,降解速度快,不會(huì)造成環(huán)境污染,是一種環(huán)境友好的3d打印耗材。

綜上所述,本發(fā)明提供了一種組合物,所述組合物的原料包括:芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸樹脂、相容劑、抗氧劑以及紫外線吸收劑。本發(fā)明還提供了一種上述組合物的制備方法,所述制備方法為:步驟一、干燥:芳香族聚碳酸酯、脂肪族聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯混合后,進(jìn)行第一次干燥,得第一產(chǎn)物;所述聚乳酸樹脂進(jìn)行真空干燥,得第二產(chǎn)物;步驟二、混合攪拌:所述第一產(chǎn)物、第二產(chǎn)物和相容劑混合后,第一次攪拌后,加入抗氧劑和紫外線吸收劑再次混合,第二次攪拌,得第三產(chǎn)物;步驟三、擠出:所述第三產(chǎn)物熔融共混擠出,得第四產(chǎn)物;步驟四、拉絲:所述第四產(chǎn)物,拉絲得拉絲產(chǎn)物;步驟五、后處理:所述拉絲產(chǎn)物第二次干燥,得產(chǎn)品。本發(fā)明還提供了一種上述組合物或上述制備方法得到的產(chǎn)品在3d打印聚碳酸酯耗材中的應(yīng)用。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定可得,本發(fā)明提供的技術(shù)方案制得的產(chǎn)品,具有加工流動(dòng)性好、力學(xué)性能佳以及熱學(xué)性能佳的優(yōu)點(diǎn),可應(yīng)用于3d打印耗材領(lǐng)域,解決了現(xiàn)有技術(shù)中,聚碳酸酯材料無法同時(shí)滿足加工流動(dòng)性好以及力學(xué)熱學(xué)性能佳的技術(shù)缺陷,進(jìn)一步推動(dòng)聚碳酸酯材料在3d打印材料領(lǐng)域的發(fā)展。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明原理的前提下,還可以做出若干改進(jìn)和潤飾,這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

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