一種建築領域用高強度耐紫外線的3D列印材料及其製備方法與流程
2023-05-02 22:12:56
本發明涉及3d列印材料的技術領域，尤其涉及一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料及其製備方法。
背景技術：
abs作為一種性能優異的熱塑性工程塑料，具有強度高，韌性好，電絕緣性好，易於成型加工等特點，被廣泛應用於汽車配件、電器製品以及建築材料等領域。但abs樹脂極易燃燒，極限氧指數僅為18左右，且存在自熄性、易滴落等特點。而abs作為3d列印材料的一種，其強度和耐紫外線性能無法滿足實際使用時的需求，故此亟需設計一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料來解決現有技術中的問題。
技術實現要素：
為解決背景技術中存在的技術問題，本發明提出一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料及其製備方法，製備得到的3d列印材料強度高，具有優異耐紫外線性能。
本發明提出的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料，其原料按重量份包括：abs樹脂80-120份、聚氯乙烯30-50份、聚丙烯25-35份、聚碳酸酯18-36份、順丁烯二酸酐30-60份、酚醛樹脂2-5份、磷酸三甲酯4-8份、玻璃纖維4-6份、碳纖維2-8份、月桂酸甲酯4-9份、二苯甲烷雙馬來醯亞胺3-5份、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽1-3份、2，5-二羥基對苯二甲酸2-5份、苯並三唑1-4份、聚四氟乙烯2-6份、烯丙基磺酸鈉2-5份、丙烯酸甲酯2-8份、丙烯酸正丙酯1-6份、硬脂酸鎂2-5份、雙十二碳醇酯3-8份、矽烷偶聯劑kh-5602-6份、過氧化苯甲醯1-8份、增硬改性劑5-15份、改性助劑5-15份、改性填料6-12份。
優選地，增硬改性劑的原料按重量份包括：矽烷偶聯劑kh-5703-6份、蒸餾水5-15份、納米氧化鋁4-8份、雲母粉2-5份、稻殼粉1-5份、高嶺土2-4份、黃麻3-6份、納米碳化矽2-4份、納米二氧化矽3-5份、納米金剛石4-8份、凹凸棒土2-6份。
優選地，增硬改性劑按如下工藝進行製備：將矽烷偶聯劑kh-570和蒸餾水混合均勻，然後放入水浴中加熱25-35min，接著加入納米氧化鋁、雲母粉、稻殼粉、高嶺土、黃麻、納米碳化矽、納米二氧化矽、納米金剛石和凹凸棒土混合均勻，超聲分散10-20min，接著調節ph至2.5-3.5，然後放入水浴中加熱25-35min，接著進行固液分離，將分離後的固體用蒸餾水洗滌2-4次，然後加入正丁醇進行蒸餾脫水，然後將脫水後的粉末放入100-120℃烘箱中乾燥1-3h，冷卻至室溫得到增硬改性劑。
優選地，改性助劑的原料按重量份包括：蒸餾水10-20份、乳化劑3-9份、過硫酸鉀2-6份、n-苯基馬來醯亞胺1-5份、丙烯腈4-8份、苯乙烯3-6份、十二烷基硫醇2-8份。
優選地，改性助劑按如下工藝進行製備：將蒸餾水、乳化劑和過硫酸鉀混合均勻，通入氮氣，升溫至60-70℃，保溫10-30min，然後加入n-苯基馬來醯亞胺、丙烯腈、苯乙烯和十二烷基硫醇混合均勻，升溫至70-80℃，保溫6-8h，繼續升溫至80-90℃，保溫0.5-1.5h，冷卻，冰凍破乳，解凍後抽濾，接著用去離子水洗滌，然後於70-90℃乾燥9-11h得到改性助劑。
優選地，改性填料的原料按重量份包括：碳酸鈣5-15份、磷酸氫鈣3-6份、二氧化鈦2-5份、十六烷基三甲氧基氯化銨1-4份、聚乙烯吡咯烷酮3-5份、六偏硫酸鈉2-6份、正矽酸乙酯1-4份。
優選地，改性填料按如下工藝進行製備：將碳酸鈣、磷酸氫鈣和蒸餾水混合均勻，調節ph至中性，接著於650-850r/min轉速攪拌3-5h，然後升溫至180-220℃，保溫5-7h，傾出上層清液，洗滌，乾燥，研磨，冷卻至室溫得到物料a；將二氧化鈦分散於乙醇水溶液中，超聲分散10-30min，接著滴加十六烷基三甲氧基氯化銨、聚乙烯吡咯烷酮和六偏硫酸鈉混合均勻，磁力攪拌15-25min接著用氨水調節ph至8.5-9.5，然後添加正矽酸乙酯和物料a混合均勻，升溫至80-90℃，保溫4-8h，接著離心水洗至中性，然後冷卻至室溫得到改性填料。
本發明的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料的製備方法，包括：將abs樹脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、順丁烯二酸酐、酚醛樹脂、磷酸三甲酯、玻璃纖維、碳纖維和改性填料混合均勻，升溫至130-150℃，於800-1000r/min轉速攪拌40-60min，超聲震蕩30-50min，然後加入月桂酸甲酯、二苯甲烷雙馬來醯亞胺、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽、2，5-二羥基對苯二甲酸、苯並三唑、聚四氟乙烯、烯丙基磺酸鈉、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丙酯、硬脂酸鎂、雙十二碳醇酯、矽烷偶聯劑kh-560、過氧化苯甲醯、增硬改性劑和改性助劑混合均勻，於1200-1400r/min轉速攪拌1-2h，冷卻至室溫，用球磨機研磨粉碎並過15-25μm篩，即得到建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料。
本發明的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料，其原料包括abs樹脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、順丁烯二酸酐、酚醛樹脂、磷酸三甲酯、玻璃纖維、碳纖維、月桂酸甲酯、二苯甲烷雙馬來醯亞胺、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽、2，5-二羥基對苯二甲酸、苯並三唑、聚四氟乙烯、烯丙基磺酸鈉、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丙酯、硬脂酸鎂、雙十二碳醇酯、矽烷偶聯劑kh-560、過氧化苯甲醯、增硬改性劑、改性助劑和改性填料，增硬改性劑通過將矽烷偶聯劑kh-570和蒸餾水混合均勻，然後放入水浴中加熱，接著加入納米氧化鋁、雲母粉、稻殼粉、高嶺土、黃麻、納米碳化矽、納米二氧化矽、納米金剛石和凹凸棒土混合均勻，超聲分散，接著調節ph，然後放入水浴中加熱，接著進行固液分離，將分離後的固體用蒸餾水洗滌，然後加入正丁醇進行蒸餾脫水，然後將脫水後的粉末放入烘箱中乾燥，冷卻至室溫得到增硬改性劑。其中，改性助劑通過將蒸餾水、乳化劑和過硫酸鉀混合均勻，通入氮氣，升溫，保溫，然後加入n-苯基馬來醯亞胺、丙烯腈、苯乙烯和十二烷基硫醇混合均勻，升溫，保溫，繼續升溫，保溫，冷卻，冰凍破乳，解凍後抽濾，接著用去離子水洗滌，然後乾燥得到改性助劑，由於n-苯基馬來醯亞胺是帶有龐大側基的極性五元環結構，可迅速提高共聚物分子鏈的剛性，從而提高共聚物的玻璃化轉變，但隨著n-苯基馬來醯亞胺的增加，共聚物煉段的剛性也隨著增加，從而使共聚物熔體的粘度增大，鏈運動困難，使共聚物的流動性下降，加工性能下降，在此共混物中，n-苯基馬來醯亞胺-苯乙烯、丙烯腈為塑料相，是共混物內部連續相，保證共混物的抗張強度和剛性，橡膠起應力集中物的作用，幫助分散和吸收衝擊能量，運用到本發明的3d列印材料中，有效提高了本發明3d列印材料的強度和耐紫外線性能。其中，改性填料提高將碳酸鈣、磷酸氫鈣和蒸餾水混合均勻，調節ph至中性，接著攪拌，然後升溫，保溫，傾出上層清液，洗滌，乾燥，研磨，冷卻至室溫得到物料a；將二氧化鈦分散於乙醇水溶液中，超聲分散，接著滴加十六烷基三甲氧基氯化銨、聚乙烯吡咯烷酮和六偏硫酸鈉混合均勻，磁力攪拌接著用氨水調節ph，然後添加正矽酸乙酯和物料a混合均勻，升溫，保溫，接著離心水洗至中性，然後冷卻至室溫得到改性填料，運用到本發明的3d列印材料中，有效提高了本發明3d列印材料的強度和耐紫外線性能。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做出詳細說明，應當了解，實施例只用於說明本發明，而不是用於對本發明進行限定，任何在本發明基礎上所做的修改、等同替換等均在本發明的保護範圍內。
實施例1
本發明提出的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料，其原料按重量份包括：abs樹脂100份、聚氯乙烯40份、聚丙烯30份、聚碳酸酯22份、順丁烯二酸酐45份、酚醛樹脂3.5份、磷酸三甲酯6份、玻璃纖維5份、碳纖維5份、月桂酸甲酯6.5份、二苯甲烷雙馬來醯亞胺4份、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽2份、2，5-二羥基對苯二甲酸3.5份、苯並三唑2.5份、聚四氟乙烯4份、烯丙基磺酸鈉3.5份、丙烯酸甲酯5份、丙烯酸正丙酯3.5份、硬脂酸鎂3.5份、雙十二碳醇酯5.5份、矽烷偶聯劑kh-5604份、過氧化苯甲醯4.5份、增硬改性劑10份、改性助劑10份、改性填料9份。
實施例2
本發明提出的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料，其原料按重量份包括：abs樹脂80份、聚氯乙烯50份、聚丙烯25份、聚碳酸酯18份、順丁烯二酸酐60份、酚醛樹脂2份、磷酸三甲酯8份、玻璃纖維4份、碳纖維8份、月桂酸甲酯4份、二苯甲烷雙馬來醯亞胺5份、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽1份、2，5-二羥基對苯二甲酸5份、苯並三唑1份、聚四氟乙烯6份、烯丙基磺酸鈉2份、丙烯酸甲酯8份、丙烯酸正丙酯1份、硬脂酸鎂5份、雙十二碳醇酯3份、矽烷偶聯劑kh-5606份、過氧化苯甲醯1份、增硬改性劑15份、改性助劑5份、改性填料12份。
本發明的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料的製備方法，包括：將abs樹脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、順丁烯二酸酐、酚醛樹脂、磷酸三甲酯、玻璃纖維、碳纖維和改性填料混合均勻，升溫至130℃，於1000r/min轉速攪拌40min，超聲震蕩50min，然後加入月桂酸甲酯、二苯甲烷雙馬來醯亞胺、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽、2，5-二羥基對苯二甲酸、苯並三唑、聚四氟乙烯、烯丙基磺酸鈉、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丙酯、硬脂酸鎂、雙十二碳醇酯、矽烷偶聯劑kh-560、過氧化苯甲醯、增硬改性劑和改性助劑混合均勻，於1200r/min轉速攪拌2h，冷卻至室溫，用球磨機研磨粉碎並過15μm篩，即得到建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料。
實施例3
本發明提出的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料，其原料按重量份包括：abs樹脂120份、聚氯乙烯30份、聚丙烯35份、聚碳酸酯18份、順丁烯二酸酐60份、酚醛樹脂2份、磷酸三甲酯8份、玻璃纖維4份、碳纖維8份、月桂酸甲酯4份、二苯甲烷雙馬來醯亞胺5份、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽1份、2，5-二羥基對苯二甲酸5份、苯並三唑1份、聚四氟乙烯6份、烯丙基磺酸鈉2份、丙烯酸甲酯8份、丙烯酸正丙酯1份、硬脂酸鎂5份、雙十二碳醇酯3份、矽烷偶聯劑kh-5606份、過氧化苯甲醯1份、增硬改性劑15份、改性助劑5份、改性填料12份。
增硬改性劑按如下工藝進行製備：按重量份將6份矽烷偶聯劑kh-570和5份蒸餾水混合均勻，然後放入水浴中加熱35min，接著加入4份納米氧化鋁、5份雲母粉、1份稻殼粉、4份高嶺土、3份黃麻、4份納米碳化矽、3份納米二氧化矽、8份納米金剛石和2份凹凸棒土混合均勻，超聲分散20min，接著調節ph至2.5，然後放入水浴中加熱35min，接著進行固液分離，將分離後的固體用蒸餾水洗滌2次，然後加入正丁醇進行蒸餾脫水，然後將脫水後的粉末放入120℃烘箱中乾燥1h，冷卻至室溫得到增硬改性劑。
改性助劑按如下工藝進行製備：按重量份將20份蒸餾水、3份乳化劑和6份過硫酸鉀混合均勻，通入氮氣，升溫至60℃，保溫30min，然後加入1份n-苯基馬來醯亞胺、8份丙烯腈、3份苯乙烯和8份十二烷基硫醇混合均勻，升溫至70℃，保溫8h，繼續升溫至80℃，保溫1.5h，冷卻，冰凍破乳，解凍後抽濾，接著用去離子水洗滌，然後於70℃乾燥11h得到改性助劑。
改性填料按如下工藝進行製備：按重量份將15份碳酸鈣、3份磷酸氫鈣和蒸餾水混合均勻，調節ph至中性，接著於850r/min轉速攪拌3h，然後升溫至220℃，保溫5h，傾出上層清液，洗滌，乾燥，研磨，冷卻至室溫得到物料a；將5份二氧化鈦分散於乙醇水溶液中，超聲分散10min，接著滴加4份十六烷基三甲氧基氯化銨、3份聚乙烯吡咯烷酮和6份六偏硫酸鈉混合均勻，磁力攪拌15min接著用氨水調節ph至9.5，然後添加1份正矽酸乙酯和物料a混合均勻，升溫至90℃，保溫4h，接著離心水洗至中性，然後冷卻至室溫得到改性填料。
實施例4
本發明提出的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料，其原料按重量份包括：abs樹脂85份、聚氯乙烯45份、聚丙烯28份、聚碳酸酯35份、順丁烯二酸酐35份、酚醛樹脂4份、磷酸三甲酯5份、玻璃纖維5.5份、碳纖維3份、月桂酸甲酯8份、二苯甲烷雙馬來醯亞胺3.5份、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽2.5份、2，5-二羥基對苯二甲酸3份、苯並三唑3份、聚四氟乙烯3份、烯丙基磺酸鈉4份、丙烯酸甲酯3份、丙烯酸正丙酯5份、硬脂酸鎂3份、雙十二碳醇酯7份、矽烷偶聯劑kh-5603份、過氧化苯甲醯7份、增硬改性劑8份、改性助劑12份、改性填料7份。
增硬改性劑按如下工藝進行製備：按重量份將4份矽烷偶聯劑kh-570和12份蒸餾水混合均勻，然後放入水浴中加熱28min，接著加入7份納米氧化鋁、3份雲母粉、4份稻殼粉、2.5份高嶺土、5份黃麻、2.5份納米碳化矽、4.5份納米二氧化矽、5份納米金剛石和5份凹凸棒土混合均勻，超聲分散12min，接著調節ph至3.2，然後放入水浴中加熱28min，接著進行固液分離，將分離後的固體用蒸餾水洗滌4次，然後加入正丁醇進行蒸餾脫水，然後將脫水後的粉末放入105℃烘箱中乾燥2.5h，冷卻至室溫得到增硬改性劑。
改性助劑按如下工藝進行製備：按重量份將12份蒸餾水、8份乳化劑和3份過硫酸鉀混合均勻，通入氮氣，升溫至68℃，保溫15min，然後加入4份n-苯基馬來醯亞胺、5份丙烯腈、5份苯乙烯和3份十二烷基硫醇混合均勻，升溫至78℃，保溫6.5h，繼續升溫至88℃，保溫0.8h，冷卻，冰凍破乳，解凍後抽濾，接著用去離子水洗滌，然後於85℃乾燥9.5h得到改性助劑。
改性填料按如下工藝進行製備：按重量份將8份碳酸鈣、5份磷酸氫鈣和蒸餾水混合均勻，調節ph至中性，接著於680r/min轉速攪拌4.5h，然後升溫至185℃，保溫6.5h，傾出上層清液，洗滌，乾燥，研磨，冷卻至室溫得到物料a；將3份二氧化鈦分散於乙醇水溶液中，超聲分散25min，接著滴加2份十六烷基三甲氧基氯化銨、4.5份聚乙烯吡咯烷酮和3份六偏硫酸鈉混合均勻，磁力攪拌22min接著用氨水調節ph至8.8，然後添加3份正矽酸乙酯和物料a混合均勻，升溫至82℃，保溫7h，接著離心水洗中性，然後冷卻至室溫得到改性填料。
本發明的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料的製備方法，包括：將abs樹脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、順丁烯二酸酐、酚醛樹脂、磷酸三甲酯、玻璃纖維、碳纖維和改性填料混合均勻，升溫至135-145℃，於850-950r/min轉速攪拌45-55min，超聲震蕩35-45min，然後加入月桂酸甲酯、二苯甲烷雙馬來醯亞胺、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽、2，5-二羥基對苯二甲酸、苯並三唑、聚四氟乙烯、烯丙基磺酸鈉、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丙酯、硬脂酸鎂、雙十二碳醇酯、矽烷偶聯劑kh-560、過氧化苯甲醯、增硬改性劑和改性助劑混合均勻，於1250-1350r/min轉速攪拌1.2-1.8h，冷卻至室溫，用球磨機研磨粉碎並過18-22μm篩，即得到建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料。
實施例5
本發明提出的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料，其原料按重量份包括：abs樹脂115份、聚氯乙烯35份、聚丙烯32份、聚碳酸酯19份、順丁烯二酸酐55份、酚醛樹脂3份、磷酸三甲酯7份、玻璃纖維4.5份、碳纖維7份、月桂酸甲酯5份、二苯甲烷雙馬來醯亞胺4.5份、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽1.5份、2，5-二羥基對苯二甲酸4份、苯並三唑2份、聚四氟乙烯5份、烯丙基磺酸鈉3份、丙烯酸甲酯7份、丙烯酸正丙酯2份、硬脂酸鎂4份、雙十二碳醇酯4份、矽烷偶聯劑kh-5605份、過氧化苯甲醯2份、增硬改性劑12份、改性助劑8份、改性填料11份。
增硬改性劑按如下工藝進行製備：按重量份將5份矽烷偶聯劑kh-570和8份蒸餾水混合均勻，然後放入水浴中加熱32min，接著加入5份納米氧化鋁、4份雲母粉、2份稻殼粉、3.5份高嶺土、4份黃麻、3.5份納米碳化矽、3.5份納米二氧化矽、7份納米金剛石和3份凹凸棒土混合均勻，超聲分散18min，接著調節ph至2.8，然後放入水浴中加熱32min，接著進行固液分離，將分離後的固體用蒸餾水洗滌2次，然後加入正丁醇進行蒸餾脫水，然後將脫水後的粉末放入115℃烘箱中乾燥1.5h，冷卻至室溫得到增硬改性劑。
改性助劑按如下工藝進行製備：按重量份將18份蒸餾水、4份乳化劑和5份過硫酸鉀混合均勻，通入氮氣，升溫至62℃，保溫25min，然後加入2份n-苯基馬來醯亞胺、7份丙烯腈、4份苯乙烯和7份十二烷基硫醇混合均勻，升溫至72℃，保溫7.5h，繼續升溫至82℃，保溫1.2h，冷卻，冰凍破乳，解凍後抽濾，接著用去離子水洗滌，然後於75℃乾燥10.5h得到改性助劑。
改性填料按如下工藝進行製備：按重量份將12份碳酸鈣、4份磷酸氫鈣和蒸餾水混合均勻，調節ph至中性，接著於820r/min轉速攪拌3.5h，然後升溫至215℃，保溫5.5h，傾出上層清液，洗滌，乾燥，研磨，冷卻至室溫得到物料a；將4份二氧化鈦分散於乙醇水溶液中，超聲分散15min，接著滴加3份十六烷基三甲氧基氯化銨、3.5份聚乙烯吡咯烷酮和5份六偏硫酸鈉混合均勻，磁力攪拌18min接著用氨水調節ph至9.2，然後添加2份正矽酸乙酯和物料a混合均勻，升溫至88℃，保溫5h，接著離心水洗中性，然後冷卻至室溫得到改性填料。
本發明的一種建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料的製備方法，包括：將abs樹脂、聚氯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、順丁烯二酸酐、酚醛樹脂、磷酸三甲酯、玻璃纖維、碳纖維和改性填料混合均勻，升溫至145℃，於850r/min轉速攪拌55min，超聲震蕩35min，然後加入月桂酸甲酯、二苯甲烷雙馬來醯亞胺、5-磺酸對苯二甲酸單鉀鹽、2，5-二羥基對苯二甲酸、苯並三唑、聚四氟乙烯、烯丙基磺酸鈉、丙烯酸甲酯、丙烯酸正丙酯、硬脂酸鎂、雙十二碳醇酯、矽烷偶聯劑kh-560、過氧化苯甲醯、增硬改性劑和改性助劑混合均勻，於1350r/min轉速攪拌1.2h，冷卻至室溫，用球磨機研磨粉碎並過22μm篩，即得到建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料。
將實施例1-5中的建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料運用到實際3d列印生產中，所得到的產品的性能進行檢測，得到的數據如表1所示。
表1：
由表1可知，實施例1-實施例5中的建築領域用高強度耐紫外線的3d列印材料強度高，具有優異的耐紫外線性能。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。