CN107216635A - 一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法 - Google Patents

一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于增材制造相关技术领域，其公开了一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将聚碳酸酯粉末、钛白粉、流动助剂、增韧剂、润滑剂、抗氧化剂及紫外线吸收剂按照预定的质量百分比进行球磨以得到混合粉末；(2)将所述混合粉末加热至熔融状态，以制备成高遮光聚碳酸酯丝材。本发明还涉及采用如上所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法制备的高遮光聚碳酸酯丝材。上述的制备方法的制作工艺简单，灵活性较好，制备得到的高遮光聚碳酸酯丝材的韧性、抗冲击性能较高。

Description

一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法
技术领域
本发明属于增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法。
背景技术
熔融沉积(Fusion Deposition Modeling，FDM)是一种增材制造技术，它通过计算机辅助设计，基于逐层叠加原理，将丝材通过喷头加热融化后从喷头以一定的压力挤喷出来成形三维实体零件。FDM技术相对传统工艺，具有不需要模具、制备周期短和工艺过程进一步简化、原材料利用率高、以及不受制件复杂结构的制约等优点，具有极为广泛的应用前景。聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，无色透明，具有很好的抗冲击性能和耐蠕变性，抗拉、抗弯强度较高，收缩率低并有较高的伸长率和刚性，吸水性低，在普通使用温度范围内都有良好的机械性能，是一种广泛使用的FDM材料。
高遮光PC材料是一种以PC树脂为基材，通过添加一定比例的遮光粉助剂来反射光源的复合材料，其最大特点是：遮光、不透光、颜色为瓷白色。由于高遮光PC材料无色透明，故高遮光PC材料常用于光碟、插座、防弹玻璃、护目镜、银行防弹玻璃、车头灯、航空运输和电子设备安装等。传统制备高遮光PC材料制件采用粒料，通过模具模压成形，该方法成形周期长，工艺繁琐复杂，抗冲击性能较低，成本较高。此外，现阶段普遍采用填充大量的钛白粉来实现PC材料的遮光，添加量超过18％，但是钛白粉添加量的增多使材料的韧性、刚性等性能都急剧下降，无法满足一些对韧性要求高的特殊零件的要求，且单纯对钛白粉进行改性以及添加一些助剂也难以满足FDM技术对丝材的韧性、熔融温度、粘度、机械性能等的要求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法，基于现有高遮光PC材料的特点，针对适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法进行了研究及设计。所述的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法的制作工艺简单，降低了成本，同时通过降低钛白粉含量、加入流动助剂，有利于丝材的FDM成形过程，有效提高了高遮光聚碳酸酯丝材在熔融沉积中的成型精度、综合力学性能和抗冲击性能等，降低了制件的脆性，极大地提高了高遮光聚碳酸酯丝材在FDM技术上的适用性。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将聚碳酸酯粉末、钛白粉、流动助剂、增韧剂、润滑剂、抗氧化剂及紫外线吸收剂按照预定的质量百分比进行球磨以得到混合粉末；
(2)将所述混合粉末加热至熔融状态，以制备成高遮光聚碳酸酯丝材。
进一步地，所述钛白粉的质量百分比为9～13％。
进一步地，所述聚碳酸酯粉末的质量百分比为49～78％；所述流动助剂的质量百分比为10～18％；所述增韧剂的质量百分比为2～13％；所述润滑剂的质量百分比为0.1～1.0％；所述抗氧化剂的质量百分比为0.5～3.0％；所述紫外线吸收剂的质量百分比为0.5～3.0％。
进一步地，所述流动助剂为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一种或者几种的组合。
进一步地，所述增韧剂为丙烯酸酯类橡胶共聚物(A-662R、A-663、A-664型增韧剂)和HHB-E009型增韧聚酯中的一种或者几种的组合。
进一步地，所述润滑剂为皂类、硬脂酸十八烷醇酯、褐煤蜡酸皂酯及石蜡中的一种或者几种的组合。
进一步地，所述紫外线吸收剂为苯并***类(UV-5411)、2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2)-5-正己烷氧基苯酚(UV-1577)中的一种或者两种的组合。
进一步地，所述抗氧化剂为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧化剂168)和亚磷酸三苯酯(抗氧化剂TPPI)中的一种或者两种的组合。
进一步地，步骤(1)中，所述聚碳酸酯粉末、钛白粉、流动助剂、增韧剂、润滑剂、抗氧化剂及紫外线吸收剂按照预定的质量百分比被倒入球磨罐内，并向所述球磨罐内加入磨球，以进行球磨得到所述混合粉末；所述磨球的质量与高遮光聚碳酸酯丝材的组成成分质量之和的比值为0.3～0.8。
按照本发明的另一方面，提供了一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材，所述高遮光聚碳酸酯丝材是采用如上所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法制备成的。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法主要具有以下有益效果：
1.高遮光聚碳酸酯丝材的组成成分中添加了流动助剂，所述流动助剂有利于丝材的熔融沉积过程，有效提高了高遮光聚碳酸酯丝材在熔融沉积中的成型精度、综合力学性能和抗冲击性能等，极大地提高了高遮光聚碳酸酯丝材的韧性；
2.所述钛白粉的质量百分比为9～13％，小于传统工艺中的钛白粉的质量百分比，在满足遮光效果的情况下，提高了高遮光聚碳酸酯丝材的韧性及抗冲击性能；
3.高遮光PC丝材粉末制备时使用球磨混合，既保证了各组成成分均匀，同时降低了制备成本，操作工艺简单，根据FDM对成型材料的粘度、熔融粘度和机械性能等要求，利用FDM技术用丝材成形零部件也极大的缩短产品研发周期及制作成本；
4.制备的高遮光PC丝材在保证丝材的无色透明及良好机械性能的情况下，可用于FDM技术成形具有复杂结构的零件，最终成形的丝材遮光率效果好，能满足医学领域胶管等器皿、LED灯罩和航空运输和电子设备安装等遮光PC制件的要求，适用范围较广。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1，本发明较佳实施方式提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸脂丝材的制备方法，所述制备方法主要包括以下步骤：
步骤一，将聚碳酸酯粉末、钛白粉、流动助剂、增韧剂、润滑剂、抗氧化剂及紫外线吸收剂按照预定的质量百分比进行球磨以得到混合粉末。具体地，将所述聚碳酸酯粉末、所述钛白粉、所述流动助剂、所述增韧剂、所述润滑剂、所述抗氧化剂及所述紫外线吸收剂按照预定的质量百分比称取并倒入球磨罐内，再向所述球磨罐内加入定量的磨球，以进行球磨得到分散均匀的混合粉末。本实施方式中，所述聚碳酸酯粉末的质量百分比为49～78％；所述钛白粉的质量百分比为9～13％；所述流动助剂的质量百分比为10～18％；所述增韧剂的质量百分比为2～13％；所述润滑剂的质量百分比为0.1～1.0％；所述抗氧化剂的质量百分比为0.5～3.0％；所述紫外线吸收剂的质量百分比为0.5～3.0％。
所述流动助剂为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)材料中的一种或者几种的组合，其用于改善丝材在FDM加工过程中材料的粘度及熔融过程中的拉丝成形。所述钛白粉的质量百分比小于传统的18％，其用于改善丝材的热性和抗冲击性能。所述抗氧化剂为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧化剂168)和亚磷酸三苯酯(抗氧化剂TPPI)中的一种或者两种的组合，其不仅使得丝材具有抗氧化特点，还能够提高丝材热加工过程中的热稳定性。所述增韧剂为丙烯酸酯类橡胶共聚物(A-662R、A-663、A-664型增韧剂)和HHB-E009型增韧聚酯中的一种或者几种的组合，其可以降低脆性，增大韧性，提高丝材的强度及加工性。所述润滑剂为皂类、硬脂酸十八烷醇酯、褐煤蜡酸皂酯及石蜡材料中的一种或者几种的组合，其可以降低材料组分之间及材料与单螺杆挤出机接触面之间的摩擦力，从而降低熔体的流动阻力及熔体粘度，提高了熔体的流动性。所述紫外线吸收剂为苯并***类(UV-5411)、2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2)-5-正己烷氧基苯酚(UV-1577)中的一种或者两种的组合，其能够强烈吸收紫外线，且化学稳定性好，价格低廉。
本实施方式采用球磨的方法将丝材的各组分进行均匀混合，其中磨球的质量与高遮光聚碳酸酯粉末的质量(高遮光聚碳酸酯丝材的组成成分的质量之和)的比值为0.3～0.8，球磨转速为150～300r/min，球磨时间为120～240min。
步骤二，将所述混合粉末加热至熔融状态，以制备成高遮光聚碳酸酯丝材。具体地，将所述混合粉末加热至熔融状态后，通过单螺杆挤出机控制最终丝材出口的孔径，以得到高遮光聚碳酸酯丝材；丝材加工参数：固体输送区的温度为120～170℃；塑化区温度为190～290℃；料筒真空度为0.07～0.10MPa；输出区温度为160～270℃；螺杆转速为18～35r/min。本实施方式中，所述单螺杆挤出机控制的高遮光聚碳酸酯丝材的直径为1.7mm～3mm。
以下以几个实施例来对本发明提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法做进一步的说明。
实施例1
实施例1提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法包括以下步骤：
(11)高遮光PC粉末的制备：分别称取780gPC粉末、90g钛白粉、100gPBT流动助剂、20g A-662R的增韧剂、1g硬脂酸十八烷醇酯和石蜡的混合润滑剂、5g抗氧化剂168及5g UV-5411型的紫外线吸收剂来共制备成1000g复合粉末，再将所述复合粉末倒入球磨罐内，并向所述球磨罐中加入800g磨球，在球磨机上以200r/min的转速球磨120min以得到分散均匀的混合粉末。
(12)丝材成形：将步骤(11)所得到的所述混合粉末加热至熔融状态后通过单螺杆挤出机以固体输送区温度为120℃、塑化区温度为210℃、料筒真空度为0.07MPa、输出区温度为160℃、螺杆转速为18r/min的加工参数来控制最终丝材出口的孔径，得到直径为2mm的高遮光聚碳酸酯丝材。
实施例2
实施例2提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法包括以下步骤：
(21)高遮光PC粉末的制备：分别称取700g PC粉末、120g钛白粉、120g PET流动助剂、40g HHB-E009型增韧聚酯的增韧剂、5g褐煤蜡酸皂酯润滑剂、10g抗氧化剂TPPI及5gUV-1577型的紫外线吸收剂，以制备成1000g复合粉末，再将所述复合粉末倒入球磨罐内，并向所述球磨罐中加入700g磨球，在球磨机上以转速150r/min球磨240min以得到分散均匀的混合粉末。
(22)丝材成形：将步骤(21)获得的所述混合粉末加热至熔融状态后通过单螺杆挤出机以固体输送区温度为130℃、塑化区温度为220℃、料筒真空度为0.08MPa、输出区温度为250℃、螺杆转速为30r/min的加工参数控制最终丝材出口的孔径，得到直径为1.8mm的高遮光聚碳酸酯丝材。
实施例3
实施例3提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法包括以下步骤：
(31)高遮光PC粉末的制备：分别称取660g PC粉末、120g钛白粉、130g ABS流动助剂、60g A-662R和A-663组成的增韧剂、3g石蜡润滑剂、17g抗氧化剂168及10g UV-5411型的紫外线吸收剂来制备成1000g复合粉末，再将所述复合粉末倒入球磨罐内，并向所述球磨罐中加入600g磨球，在球磨机上以转速250r/min球磨200min以得到分散均匀的混合粉末。
(32)丝材成形：将步骤(31)所得到的所述混合粉末加热至熔融状态后通过单螺杆挤出机以固体输送区温度为140℃、塑化区温度为240℃、料筒真空度为0.09MPa、输出区温度为230℃、螺杆转速为120r/min的加工参数控制最终丝材出口的孔径，得到直径为2mm的高遮光聚碳酸酯丝材。
实施例4
实施例4提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法包括以下步骤：
(41)高遮光PC粉末的制备：分别称取605g PC粉末、110g钛白粉、140g PET和ABS流动助剂、110g A-663和A-664组成的增韧剂、5g褐煤蜡酸皂酯和石蜡的混合润滑剂、10g抗氧化剂TPPI及20g UV-1577型的紫外线吸收剂来制备成1000g的复合粉末，再将所述复合粉末倒入球磨罐内，并向所述球磨罐中加入500g磨球，在球磨机上以转速280r/min球磨150min以得到分散均匀的混合粉末。
(42)丝材成形：将步骤(41)获得的所述混合粉末加热至熔融状态后通过单螺杆挤出机以固体输送区温度为135℃、塑化区温度为245℃、料筒真空度为0.08MPa、输出区温度为235℃、螺杆转速为30r/min的加工参数控制最终丝材出口的孔径，得到直径为3mm的高遮光PC丝材。
实施例5
实施例5提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法包括以下步骤：
(51)高遮光PC粉末的制备：分别称取560g PC粉末、110g钛白粉、160g PBT和PET流动助剂、120g HHB-E009型增韧聚酯的增韧剂、6g硬脂酸十八烷醇酯和石蜡的混合润滑剂、20g抗氧化剂168和抗氧化剂TPPI及25g UV-5411型的紫外线吸收剂来制备成1000g复合粉末，再将所述复合粉末倒入球磨罐内，并向所述球磨罐中加入400g磨球，在球磨机上以转速200r/min球磨200min以得到分散均匀的混合粉末。
(52)丝材成形：将步骤(51)获得的所述混合粉末加热至熔融状态后通过单螺杆挤出机以固体输送区温度为150℃、塑化区温度为260℃、料筒真空度为0.09MPa、输出区温度为240℃、螺杆转速为25r/min的加工参数控制最终丝材出口的孔径，得到直径为1.8mm的高遮光PC丝材。
实施例6
实施例6提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法包括以下步骤：
(61)高遮光PC粉末的制备：分别称取490g PC粉末、130g钛白粉、180g PBT和ABS流动助剂、130g A-664的增韧剂、10g硬脂酸十八烷醇酯和褐煤蜡酸皂酯的混合润滑剂、30g的抗氧化剂168及30g UV-1577型和UV-5411型的混合紫外线吸收剂来制备成1000g复合粉末，再将所述复合粉末倒入球磨罐内，并向所述球磨罐中加入400g磨球，在球磨机上以转速300r/min球磨120min以得到分散均匀的混合粉末。
(62)丝材成形：将步骤(61)获得的所述混合粉末加热至熔融状态后通过单螺杆挤出机以固体输送区温度为170℃、塑化区温度为290℃、料筒真空度为0.10MPa、输出区温度为270℃、螺杆转速为35r/min的加工参数控制最终丝材出口的孔径，得到直径为2mm的高遮光聚碳酸酯丝材。
本发明还提供了一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材，所述高遮光聚碳酸酯丝材是采用如上所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法制备而成的。
本发明提供的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材及其制备方法，其组成成分中添加了流动助剂，所述流动助剂有利于丝材的熔融沉积过程，有效提高了高遮光聚碳酸酯丝材在熔融沉积中的成型精度、综合力学性能和抗冲击性能等，极大地提高了高遮光聚碳酸酯丝材的韧性。此外，所述钛白粉的质量百分比为9～13％，小于传统工艺中的钛白粉的质量百分比，在满足遮光效果的情况下，提高了高遮光聚碳酸酯丝材的韧性及抗冲击性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将聚碳酸酯粉末、钛白粉、流动助剂、增韧剂、润滑剂、抗氧化剂及紫外线吸收剂按照预定的质量百分比进行球磨以得到混合粉末；
(2)将所述混合粉末加热至熔融状态，以制备成高遮光聚碳酸酯丝材。
2.如权利要求1所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其特征在于：所述钛白粉的质量百分比为9～13％。
3.如权利要求2所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其特征在于：所述聚碳酸酯粉末的质量百分比为49～78％；所述流动助剂的质量百分比为10～18％；所述增韧剂的质量百分比为2～13％；所述润滑剂的质量百分比为0.1～1.0％；所述抗氧化剂的质量百分比为0.5～3.0％；所述紫外线吸收剂的质量百分比为0.5～3.0％。
4.如权利要求1-3任一项所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其特征在于：所述流动助剂为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一种或者几种的组合。
5.如权利要求1-3任一项所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其特征在于：所述增韧剂为丙烯酸酯类橡胶共聚物(A-662R、A-663、A-664型增韧剂)和HHB-E009型增韧聚酯中的一种或者几种的组合。
6.如权利要求1-3任一项所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为皂类、硬脂酸十八烷醇酯、褐煤蜡酸皂酯及石蜡中的一种或者几种的组合。
7.如权利要求1-3任一项所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其特征在于：所述紫外线吸收剂为苯并***类(UV-5411)、2-(4，6-二苯基-1，3，5-三嗪-2)-5-正己烷氧基苯酚(UV-1577)中的一种或者两种的组合。
8.如权利要求1-3任一项所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其特征在于：所述抗氧化剂为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧化剂168)和亚磷酸三苯酯(抗氧化剂TPPI)中的一种或者两种的组合。
9.如权利要求1-3任一项所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述聚碳酸酯粉末、钛白粉、流动助剂、增韧剂、润滑剂、抗氧化剂及紫外线吸收剂按照预定的质量百分比被倒入球磨罐内，并向所述球磨罐内加入磨球，以进行球磨得到所述混合粉末；所述磨球的质量与高遮光聚碳酸酯丝材的组成成分质量之和的比值为0.3～0.8。
10.一种适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材，其特征在于：所述高遮光聚碳酸酯丝材是采用权利要求1-9任一项所述的适用于熔融沉积的高遮光聚碳酸酯丝材的制备方法制备成的。
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