一種ABS/PC合金材料及其製備方法和應用與流程

2023-09-16 22:57:30

本發明涉及一種ABS/PC合金材料，具體一種用於3D列印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料及其製備方法和應用。

背景技術：

快速成型技術又稱「3D列印」或「快速原型製造技術」(Rapid prototyping manufacturing),是基於材料堆積法的一種高新製造技術，利用三維 CAD 的數據，通過快速成型機，將一層層的材料堆積成實體原型的方法。這種方法有諸多優點，其製造快速，可完全再現三維效果，使產品設計和模具生產同步進行，實現設計製造一體化，同時其用料廣泛，各類 3D 印表機設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。受限於材料本身的強度和粘結性能，列印出來的產品強度不夠，容易破碎、開裂。由於現有材料本身熱膨脹係數較高，「層層堆積」的成型方法所製備出的產品其表面通常由於材料收縮而形成的層與層間縫隙，產品光潔度低，而需要進行打磨、拋光等處理，導致3D列印無法大規模應用到生產中。此外，由於材料收縮形成的縫隙也容易成為應力點兒發生應力開裂，影響3D列印製備的產品強度。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明公開一種高韌性和熱膨脹係數低的快速成型材料。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種用於3D列印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計包括：

PC 12.3-33.2份；

ABS 45-67份；

光潔增強劑 1.5-2.3份；

所述光潔增強劑其原料按重量計包括3份矽酮粉、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為現有技術的聚碳酸酯材料可選用任一種現有技術實現，所述ABS即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料，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。可採用任一種現有技術實現。PC具有較高的機械強度，但流動性差、抗衝擊性能低，不能單獨適用於快速成型技術中。與少量的ABS混合製成的合金，具有絕緣性能良好、流動性高等優點，有利於製備精細化的電子產品零件。但現有技術的ABS/PC合金材料具有較大的線性熱膨脹係數,應用在快速成型技術中將使產品表面因收縮而產生的每層材料間的微型縫隙，表現為產品表面粗糙。本發明特別選用3份矽酮粉、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份硫酸鎂製成所述光潔增強劑，該光潔增強劑能夠有效降低ABS/PC合金材料的線性熱膨脹係數，使在快速成型生產產品過程中，每一層材料間因收縮原因而產生的收縮縫隙降低，獲得表面光滑的產品。而縮小層間縫隙，有助於產品表面的應力點，進而提高產品的強度，同時能維持ABS與PC間的結合強度，使之不易分離。特別的，氯化石蠟和聚乙烯吡咯烷酮同時存在時，將明顯提高所製得的ABS/PC合金材料的缺口抗衝擊強度，應用在快速成型技術中將製備出可靠性更高、壽命更長的產品。聚乙烯吡咯烷酮極易溶於水及含滷代烴類溶劑、醇類、胺類、硝基烷烴及低分子脂肪酸等,不溶於丙酮、乙醚、松節油、脂肪烴和脂環烴等少數溶劑。能與多數無機酸鹽、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PC的表面吸附能力，使PC與ABS的交聯複合作用顯著增強，有效提高複合材料的韌性。

上述矽酮粉、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有技術實現，各種原料的粒徑優選在50—200μm之間。

進一步的，所述光潔增強劑的製備方法為將所述硫酸鎂和氯化石蠟加入質量為其二者質量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌並加熱至80℃，加入所述矽酮粉、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分鐘後，降溫至45℃蒸發至混合液體的質量為原料中硫酸鎂和氯化石蠟質量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。

進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，還可選用任一種現有技術實現。

一種製備所述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℃下乾燥4小時，經混合裝置混合3min，以235—250℃的溫度以及350r/min的轉速在雙螺旋擠出機中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的粗製顆粒；將所述粗製顆粒在90℃下乾燥12小時，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以230—245℃的溫度以及450r/min的轉速在雙螺旋擠出機中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的顆粒即所述用於3D列印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料。

設計人發現，光潔增強劑有一定的可能性會阻礙ABS和PC材料的結合，但是在光潔增強劑中添加了聚乙烯吡咯烷酮，ABS和PC材料的結合能力極大地加強，最終獲得性質穩定的ABS/PC合金材料。

任一種現有技術的共混法也可用於製備被發明的ABS/PC合金材料。

本發明提供的ABS/PC合金材料具有良好的熱塑性及固化速度，同時具有優於現有產品的強度和表面光潔度，特別有利於應用在電機、汽車錶盤、汽車飛機模型、儀表箱殼體、家用電器、家具等產品的精細零件的3D列印技術中。

具體實施方式

為了便於本領域技術人員理解，下面將結合實施例對本發明作進一步詳細描述：

實施例1

本實施例提供一種用於3D列印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計包括：

PC 22份；

ABS 58份；

光潔增強劑 1.7份；

所述光潔增強劑其原料按重量計包括3份矽酮粉、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。

所述光潔增強劑的製備方法為將所述硫酸鎂和氯化石蠟加入質量為其二者質量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌並加熱至80℃，加入所述矽酮粉、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分鐘後，降溫至45℃蒸發至混合液體的質量為原料中硫酸鎂和氯化石蠟質量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。

一種製備所述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℃下乾燥4小時，經混合裝置混合3min，以245℃的溫度以及350r/min的轉速在雙螺旋擠出機中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的粗製顆粒；將所述粗製顆粒在90℃下乾燥12小時，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以240℃的溫度以及450r/min的轉速在雙螺旋擠出機中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的顆粒即所述用於3D列印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料。

將本實施例的合金材料採用現有3D列印技術，如美國MakerBot公司的3D印表機MakerBot Replicator 2X，製成一1000mm×1000mm×20mm的板狀零件，採用ASTM標準對其進行性能測試。

實施例2

本實施例提供一種用於3D列印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計包括：

PC 12.3份；

ABS 45份；

光潔增強劑 1.5份；

所述光潔增強劑其原料按重量計包括3份矽酮粉、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。

所述光潔增強劑的製備方法為將所述硫酸鎂和氯化石蠟加入質量為其二者質量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌並加熱至80℃，加入所述矽酮粉、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分鐘後，降溫至45℃蒸發至混合液體的質量為原料中硫酸鎂和氯化石蠟質量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。

一種製備所述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℃下乾燥4小時，經混合裝置混合3min，以250℃的溫度以及350r/min的轉速在雙螺旋擠出機中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的粗製顆粒；將所述粗製顆粒在90℃下乾燥12小時，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以230℃的溫度以及450r/min的轉速在雙螺旋擠出機中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的顆粒即所述用於3D列印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料。

將本實施例的合金材料採用現有3D列印技術，如美國MakerBot公司的3D印表機MakerBot Replicator 2X，製成一1000mm×1000mm×20mm的板狀零件，採用ASTM標準對其進行性能測試。

實施例3

本實施例提供一種用於3D列印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料，其原料按重量計包括：

PC 33.2份；

ABS 67份；

光潔增強劑 2.3份；

所述光潔增強劑其原料按重量計包括3份矽酮粉、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。

所述光潔增強劑的製備方法為將所述硫酸鎂和氯化石蠟加入質量為其二者質量和100倍的去離子水與3倍乙醇的混合液中，攪拌並加熱至80℃，加入所述矽酮粉、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分鐘後，降溫至45℃蒸發至混合液體的質量為原料中硫酸鎂和氯化石蠟質量和的8倍，獲得所述酯交換抑制劑。

一種製備所述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℃下乾燥4小時，經混合裝置混合3min，以235℃的溫度以及350r/min的轉速在雙螺旋擠出機中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的粗製顆粒；將所述粗製顆粒在90℃下乾燥12小時，將所述酯交換抑制劑與其混合3min，以245℃的溫度以及450r/min的轉速在雙螺旋擠出機中擠出，切粒為粒徑在1—2mm的顆粒即所述用於3D列印的高韌性光潔型ABS/PC合金材料。

將本實施例的合金材料採用現有3D列印技術，如美國MakerBot公司的3D印表機MakerBot Replicator 2X，製成一1000mm×1000mm×20mm的板狀零件，採用ASTM標準對其進行性能測試。

對比例

本對比例提供一種用於3D列印的ABS/PC合金材料，其原料按重量計包括：

PC 22份；

ABS 58份；

矽系增韌劑S-2001 7份。

本對比例的合金材料製備方法為將原料混合後，在235-255℃下雙螺杆擠出機擠出。

將本對比例的合金材料採用現有3D列印技術，如美國MakerBot公司的3D印表機MakerBot Replicator 2X，製成一1000mm×1000mm×20mm的板狀零件，採用ASTM標準對其進行性能測試。

各實施例所製備的複合材料按標準尺寸注塑成測試用的標準樣條，各實例中的物理性能分別按照國家標準進行測試，測試結果如下表所示。

以上為本發明的其中具體實現方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些顯而易見的替換形式均屬於本發明的保護範圍。