CN109206832A - 一种3d打印极低翘曲无开裂的abs材料及其制备方法 - Google Patents

一种3d打印极低翘曲无开裂的abs材料及其制备方法 Download PDF

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龚建
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Abstract

本发明提供一种3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料及其制备方法，材料由以下重量百分比原料组成：ABS树脂39％‑71％；共聚酯树脂15％‑35％；相容剂3％‑5％；无机粉体5％‑10％；防开裂粘附剂5％‑10％；抗氧剂0.2％‑0.5％；润滑剂0.2％‑0.5％；其中，所述共聚酯树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯‑1,4‑环己烷二甲醇酯；所述辅助防开裂粘附剂为聚己内酯、EVA、PE中的至少一种。本发明通过在ABS材料中加入非结晶型低收缩率的共聚酯和球状无机粉体，降低了材料的收缩率，从而降低了材料的打印翘曲变形性，同时加入防开裂粘附剂，有助于提高材料在打印过程中层与层之间以及模型与底板之间的粘附性，使以ABS为主的3D打印材料具有显著的应用价值。

Description

一种3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及ABS材料改性技术领域，特别涉及一种3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料及其制备方法。
背景技术
熔融沉积成型(FDM)3D打印技术是较为普及的技术，主要还是以PLA材料为主，占据60％以上，目前，主要还是以打印模型为主，随着3D打印技术和市场的发展，人们对材料的要求也逐步在提高，需求逐步向工业化材料方向转变。
ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性能优良，还具有易加工、易涂装、易着色等特点，在传统行业，被广泛应用于机械、汽车、电子电器等工业领域，是一种用途极广的热塑性塑料。但是普通的ABS在作为3D打印材料的应用过程时，当打印大尺寸的模型时会发生翘曲开裂的现象，严重限制了ABS材料在3D打印技术中的广泛应用。
公开日为2018年01月19日的中国专利CN 107603181 A，公布了一种3D打印用ABS材料及其制备方法，其由ABS/PC合金改性而成，PC的添加会导致打印温度的大幅升高，同时会降低打印模型层与层之间的物理粘附性。
公开日为2017年09月15日的中国专利CN 107163426 A公布了一种3D打印用低翘曲ABS材料及其制备方法，其中添加了大量的无机粉体，无机粉体的加入一方面会影响线条生产的线径稳定性，另一方面会降低打印模型层与层之间的物理粘附性。
发明内容
为解决上述背景技术中提到以ABS为主的3D打印材料出现的问题，本发明提供一种3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料，包括以下重量百分比原料组成：
其中，所述共聚酯树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯；
所述防开裂粘附剂为聚己内酯、EVA、PE中的至少一种。
进一步地，所述共聚酯树脂中1,4-环己烷二甲醇(CHDM)的含量为30％-40％。
进一步地，所述相容剂为ABS-g-GMA、E-MA-GMA、E-nBA-GMA中的一种或多种。
进一步地，所述的球状无机粉体为玻璃微珠、硫酸钡、碳酸钙中的一种或多种。
进一步地，所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯复配得到；
所述β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的复配比例为2：1。
进一步地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯和白油中的一种或多种。
本发明还提供一种如上任意所述3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤a、按质量百分含量称取各组分，并将称取的ABS及共聚酯在80～100℃温度下干燥，干燥时间至少为4小时；
步骤b、将干燥后的ABS和共聚酯、相容剂、无机粉体、防开裂粘附剂、抗氧剂、润滑剂放入高速混合机中混合，在10～30℃下搅拌5～15min，得到混合物M1
步骤c、将混合物M1加入到双螺杆挤出机的料捅中，经熔融共混挤出、水冷、风干，即得到所述的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料。
进一步地，步骤c中，所述双螺杆挤出机的温度设置为，一区：160～180℃；二区：180～200℃；三区：200～210℃；四区：210～220℃；五区：220～230℃；六区：230～240℃；七区：235～245℃；八区：235～245℃；机头温度为230～240℃；
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为250～400r/min。
本发明提供的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料通过加入非结晶型低收缩率的共聚酯和球状无机粉体，降低了材料的收缩率，从而降低了材料的打印翘曲变形性，同时加入特定的防开裂粘附剂，有助于提高材料在打印过程中层与层之间以及模型与底板之间的粘附性，使以ABS为主的3D打印材料具有显著的应用价值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明结合下表的实施例对本发明的技术方案进行具体说明：
表1
其中，A为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，B为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯，A：B为2：1。
本发明提供的共聚酯PETG材料，是一种非晶型材料，全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯。它是由对苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)和1,4-环己烷二甲醇(CHDM)三种单体用酯交换法缩聚的产物，具有较稳定的收缩率，另外加入球状无机粉体能够进一步地降低材料的收缩率，使制得的材料在3D打印成型的过程中，模型不会发生翘曲的现象；然而，球状无机粉体的加入一方面会影响线条生产的稳定性，另一方面也会降低材料的粘附性，导致材料打印成型的模型层与层之间的粘附力减弱，造成开裂的现象，本发明通过加入防开裂粘附剂，所述防开裂粘附剂为聚己内酯、EVA、PE中的至少一种，并选用了β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯作为抗氧化剂，其中β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯作为抗氧化剂为2：1，通过这几种组分的配合以及抗氧化剂特定的复配比例，能够在保证材料在3D打印成型的过程中不发生翘曲变形的前提下，提高材料在打印过程中层与层之间以及模型与底板之间的粘附性，使打印出来的模型不发生开裂现象。
按照上述各实施例和对比例的配比，按照以下方法制备本发明提供的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料，步骤如下：
步骤a、按质量百分含量称取各组分，并将称取的ABS及共聚酯在80～100℃温度下干燥，干燥时间至少为4小时；
步骤b、将干燥后的ABS和共聚酯、相容剂、辅助防开裂粘附剂、抗氧剂、润滑剂放入高速混合机中混合，在10～30℃下搅拌5～15min，得到混合物M1；
步骤c、将混合物M1加入到双螺杆挤出机的料捅中，经熔融共混挤出、水冷、风干，即得到所述的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料；
其中，所述双螺杆挤出机的温度设置为：一区：160～180℃；二区：180～200℃；三区：200～210℃；四区：210～220℃；五区：220～230℃；六区：230～240℃；七区：235～245℃；八区：235～245℃；机头温度为230～240℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速为250～400r/min。
将上述方法制得的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料造粒后，在80～100℃温度下干燥时间4小时以上，然后使用3D拉线设备在190℃～240℃的温度下生产成标准规格的线条，线径为1.75±0.03MM，最后打印检测，测试结果如下表所示：
表2
以上的各个实施例和对比例的性能测试表中，3D打印机的打印温度为：230℃～250℃，底板温度为90℃，喷嘴打印速度为60mm/s，喷嘴空移速度为150mm/s；3D打印翘曲变形量的测定方法为：以打印10cm×10cm×10cm的正方体模型为准，打印机的底板为平面，正方体接触底板的面的四个角翘离底板平面的高度的平均值，一般翘曲变形量小于1.0mm时，认为不翘边；而一般的ABS材料翘曲变形量在10.0mm以上。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料，其特征在于，由以下重量百分比原料组成：
其中，所述共聚酯树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯；
所述防开裂粘附剂为聚己内酯、EVA、PE中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料，其特征在于：所述共聚酯树脂中1,4-环己烷二甲醇的含量为30％-40％。
3.根据权利要求1所述的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料，其特征在于：所述相容剂为ABS-g-GMA、E-MA-GMA、E-nBA-GMA中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料，其特征在于：所述的球状无机粉体为玻璃微珠、硫酸钡、碳酸钙中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料，其特征在于：所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯复配得到；
所述β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的复配比例为2：1。
6.根据权利要求1所述的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料，其特征在于：所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯和白油中的一种或多种。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、按质量百分含量称取各组分，并将称取的ABS及共聚酯在80～100℃温度下干燥，干燥时间至少为4小时；
步骤b、将干燥后的ABS和共聚酯、相容剂、无机粉体、防开裂粘附剂、抗氧剂、润滑剂放入高速混合机中混合，在10～30℃下搅拌5～15min，得到混合物M1；
步骤c、将混合物M1加入到双螺杆挤出机的料捅中，经熔融共混挤出、水冷、风干，即得到所述的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料。
8.根据权利要求7所述的3D打印极低翘曲无开裂的ABS材料的制备方法，其特征在于：
步骤c中，所述双螺杆挤出机的温度设置为，一区：160～180℃；二区：180～200℃；三区：200～210℃；四区：210～220℃；五区：220～230℃；六区：230～240℃；七区：235～245℃；八区：235～245℃；机头温度为230～240℃；
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为250～400r/min。
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