一種用於3D列印用ABS複合材料及其製備方法與流程
2023-12-12 20:41:12 2
本發明屬於3d列印技術領域，具體涉及一種用於3d列印的abs複合材料及其製備方法。
背景技術：
3d列印技術又稱疊層製造技術，是快速成型領域的一種新興技術，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。基本原理是疊層製造，逐層增加材料來生成三維實體的技術。目前，3d列印技術主要被應用於產品原型、模具製造以及藝術創作、珠寶製作等領域，替代這些傳統依賴的精細加工工藝。另外，3d列印技術逐漸應用於醫學、生物工程、建築、服裝、航空等領域，為創新開拓了廣闊的空間。
目前市場上熔融擠壓堆積成型技術較常用的聚合物材料是丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物(abs)、聚乳酸(pla)、尼龍(pa)和聚碳酸酯(pc)。abs樹脂是五大合成樹脂之一，其具有易加工、製品尺寸穩定、表面光澤性好等特點，容易塗裝、著色，還可以進行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應用於機械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建築等工業領域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。但abs樹脂存在韌性小，熱變形溫度低，可燃，耐候性較差等缺點，使其製造出的成型材料存在力學性能不強，熱穩定性差，可燃，耐候性差等缺陷，不能得到廣泛的應用，使其在各個領域的應用受到了限制。為了實現丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)的快速列印，將其製備成粉末狀將會極大地提升列印效果，但難以增強。因此，本發明公開了一種力學性能強、熱穩定性好、耐候性強的abs快速成型材料來滿足市場需求，使其能夠得到更加廣泛的應用。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明的目的在於提供了一種力學性能強、熱穩定性好、耐候性好的用於3d列印的abs複合材料及其製備方法。
為實現本發明的目的，本發明採用如下技術方案：
一種用於3d列印的abs複合材料，由以下原料按重量份製備而成：
abs樹脂100份、碳增強材料5～15份、填料3～8份、抗氧劑0.1～0.5份、表面活性劑0.3～0.8份、流平劑0.1～1份、熱穩定劑0.5～1.5份。
具體地，上述的碳增強材料通過以下方法製備：將10～20份碳纖維、3～5份石墨烯在150～200℃的溫度下進行30～60min的氧化處理後與水加入容器中，超聲分散處理10～15min，配製成懸浮液；將1～3份偶聯劑kh570溶於丙酮中，配製成偶聯劑質量分數為20％的溶液；將懸浮液與偶聯劑溶液混合，加熱至50～65℃，攪拌處理30～60min，過濾、真空乾燥後研磨成粒徑為50～150nm粉末即得。
具體地，上述的碳纖維的直徑為500～800nm，長度為1～5μm；石墨烯的厚度為5-10nm。
具體地，上述的填料為氫氧化鋁、氧化鋁、氧化鎂中的一種。
具體地，上述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑ca、抗氧劑168、抗氧劑1035、抗氧劑1098中的一種或幾種。
具體地，上述的表面活性劑為硬脂酸鈉、脂肪酸甘油酯、十二烷基硫酸鈉中的一種或幾種。
具體地，上述的流平劑為聚二甲基矽氧烷，可選型號dc-200。
具體地，上述的熱穩定劑為1,4-丁二醇雙(β-氨基丁烯酸)酯、亞磷酸三(壬基苯基)酯中的一種或兩種。
進一步，一種用於3d列印的abs複合材料的製備方法，包括如下步驟：
(1)按重量份，將已乾燥的abs樹脂100份、碳增強材料5～15份、填料3～8份、抗氧劑0.1～0.5、表面活性劑0.3～0.8份、流平劑0.1～1份、熱穩定劑0.5～1.5份置於高速分散機中，保持轉速1500-2000r/min，高速分散20-30min；
(2)將混合均勻後的物料投放進錐形雙螺杆擠出機，在180～220℃條件下進行熔融，擠出造粒，擠出機的螺杆長徑比l/d為20～24之間，壓縮比為(2.5～3.0)：1，料筒溫度為：料鬥部180～200℃，料筒前部200～220℃，模頭溫度185～195℃，模具溫度190～200℃，螺杆轉速為150～180r/min；
(3)將步驟(2)得到的粒料冷卻後用球磨機粉碎，轉速為300-500r/min，球磨時間3～5h，然後在50-150目的篩網中進行篩分；
(4)將步驟(3)得到的物料加入到真空乾燥箱中，在60～80℃條件下，乾燥4～6h後得到abs複合材料。
本發明的有益效果：
(1)本發明提供的3d列印的abs複合材料使用簡單、環境汙染小、產品性能好、精度高，增強劑中將碳纖維和石墨烯預氧化處理，使碳纖維和石墨烯表面產生含氧活性基團，含氧基團可顯著提高碳纖維和石墨烯於矽烷偶聯劑的作用能力，使界面形成化學鍵，增加碳纖維和石墨烯與abs的相容性，大大提高abs複合材料的力學性能、熱穩定性、耐候性，延長材料的使用壽命。
(2)本發明原料獲取範圍廣泛，製備方法簡單易行，成本低，有利於市場化的推廣和應用。
具體實施方式
現在結合實施例對本發明作進一步詳細的說明。
實施例1
一種用於3d列印的abs複合材料，由以下原料按重量份製備而成：
abs樹脂100份
碳增強材料10份
氫氧化鋁5份
抗氧劑10100.3份
硬脂酸鈉0.5份
流平劑dc-2000.5份
1,4-丁二醇雙(β-氨基丁烯酸)酯1份
其中，上述的碳增強材料通過以下方法製備：將10份碳纖維，碳纖維的直徑為500nm，長度為3μm、5份石墨烯；石墨烯的厚度為10nm；在150～200℃的溫度下進行30～60min的氧化處理後與水加入容器中，超聲分散處理10～15min，配製成懸浮液；將1～3份偶聯劑kh570溶於丙酮中，配製成偶聯劑質量分數為20％的溶液；將懸浮液與偶聯劑溶液混合，加熱至50～65℃，攪拌處理30～60min，過濾、真空乾燥後研磨成粒徑為50～150nm粉末即得。
一種用於3d列印的abs複合材料的製備方法，包括如下步驟：
(1)按重量份，將已乾燥的abs樹脂100份、碳增強材料5～15份、填料3～8份、抗氧劑0.1～0.5、表面活性劑0.3～0.8份、流平劑0.1～1份、熱穩定劑0.5～1.5份置於高速分散機中，保持轉速1500-2000r/min，高速分散20-30min；
(2)將混合均勻後的物料投放進錐形雙螺杆擠出機，在180～220℃條件下進行熔融，擠出造粒，擠出機的螺杆長徑比l/d為20～24之間，壓縮比為(2.5～3.0)：1，料筒溫度為：料鬥部180～200℃，料筒前部200～220℃，模頭溫度185～195℃，模具溫度190～200℃，螺杆轉速為150～180r/min；
(3)將步驟(2)得到的粒料冷卻後用球磨機粉碎，轉速為300-500r/min，球磨時間3～5h，然後在50-150目的篩網中進行篩分；
(4)將步驟(3)得到的物料加入到真空乾燥箱中，在60～80℃條件下，乾燥4～6h後得到abs複合材料。
實施例2-6與實施例1基本相同，不同之處在於表1；對比例1-2與實施例1基本相同，不同之處在於表1：
表1：
abs樹脂100份、碳增強材料5～15份、填料3～8份、抗氧劑0.1～0.5份、表面活性劑0.3～0.8份、流平劑0.1～1份、熱穩定劑0.5～1.5份。
將實施例1-6及對比例1-2中的abs複合材料粒子料在60～80℃條件下，乾燥4～6h，然後使用3d印表機列印成測試樣條，在室溫充分穩定化後，進行各項性能測試，測試結果如表2所示。
表2
以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。