一种建筑工程用耐氧化高强度3D打印材料及其制备方法与流程

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本发明涉及3d打印材料的技术领域,尤其涉及一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料及其制备方法。



背景技术:

聚苯硫醚为特种工程塑料,具有优良的耐热性能、耐化学腐蚀性能、电气性能、阻燃性能和粘合性能等,广泛应用于纺织、汽车、家用电器、电子电器、机械仪表、石油化工、国防军工、航空航天等领域,作为3d打印材料的一种,单纯的聚苯硫醚的性能无法满足实际使用的需求,且其耐氧化和强度无法满足现有技术的需求,故此亟需设计一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料来解决现有技术中的问题。



技术实现要素:

为解决背景技术中存在的技术问题,本发明提出一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料及其制备方法,制备得到的3d打印材料具有优异的耐氧化和强度。

本发明提出的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料,其原料按重量份包括:改性聚苯硫醚80-120份、聚苯砜20-40份、聚碳酸酯5-15份、聚氯乙烯树脂4-9份、二异氰酸酯3-6份、磷酸三甲酯5-15份、氯化聚乙烯20-40份、聚四氟乙烯微粉3-9份、羟丙基甲基纤维素4-12份、纳米二氧化钛2-6份、硼酸锌2-5份、三氧化二锑2-5份、有机蒙脱石3-9份、玻璃纤维1-5份、纳米氧化锌3-9份、玄武岩平纹纤维布10-30份、纳米二氧化硅4-9份、正硅酸乙酯2-5份、硅烷偶联剂kh-5703-6份、甘油5-10份、消泡剂1-3份、耐氧化改性剂6-9份、改性填料8-16份。

优选地,改性聚苯硫醚按如下工艺进行制备:将蒙托土和水混合均匀,升温至80-120℃,保温1-3h,接着于850-1050rpm搅拌20-40min,接着加入烷基铵钠混合均匀,于450-550rpm搅拌10-30min,静置沉淀后将沉淀物洗涤、抽滤,于80-90℃干燥20-40min,冷却至室温后加入聚苯硫醚混合均匀,升温至290-310℃,于40-60rpm转速搅拌20-40min,接着于双螺杆挤出机中熔融共混,造粒得到改性聚苯硫醚。

优选地,改性聚苯硫醚的制备工艺中,双螺杆挤出机从进料口到机头各段温度分别为:150-170℃、250-280℃、280-300℃、310-330℃、270-290℃,双螺杆挤出机的螺杆转速为100-120rpm。

优选地,改性聚苯硫醚的制备工艺中,蒙托土、水、烷基铵钠和聚苯硫醚的重量比为2-5:5-15:1-3:2-5。

优选地,耐氧化改性剂按如下工艺进行制备:将三聚氯氰和丙酮混合均匀,于冰浴中搅拌分散20-40min,然后加入2,4-二羟基-二苯甲酮混合均匀,用氢氧化钠溶液调节ph值为5.0-6.0,然后升温至40-50℃,接着加入对氨基苯磺酸混合均匀,调节ph值为6.0-7.0,静置沉淀,抽滤干燥得到耐氧化改性剂。

优选地,耐氧化改性剂的制备工艺中,三聚氯氰、丙酮、2,4-二羟基-二苯甲酮和对氨基苯磺酸的重量比为3-5:4-8:1-4:3-6。

优选地,改性填料的原料按重量份包括:硅藻土6-9份、氧化石墨烯3-5份、超细碳酸钙4-8份、高岭土2-6份、水合肼1-4份、钛酸酯偶联剂3-5份、甲基丙烯酸甲酯2-8份、羧基丁腈胶乳3-9份、过硫酸钾4-6份、硫酸铝2-8份。

优选地,改性填料按如下工艺进行制备:将硅藻土、氧化石墨烯、超细碳酸钙、高岭土和水合肼混合均匀,于65-75℃搅拌10-12h,然后加入钛酸酯偶联剂、甲基丙烯酸甲酯和羧基丁腈胶乳混合均匀,于5500-6500r/min转速下搅拌2-4h,然后升温至90-100℃,保温0.5-1.5h,然后加入过硫酸钾和硫酸铝混合均匀,接着用去离子水清洗后,抽滤,置于45-55℃的烘箱中干燥1-4h,冷却至室温得到改性填料。

本发明的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料的制备方法,包括:将改性聚苯硫醚、聚苯砜、聚碳酸酯、聚氯乙烯树脂、二异氰酸酯、磷酸三甲酯、氯化聚乙烯、聚四氟乙烯微粉和羟丙基甲基纤维素加入配料罐中,升温至80-120℃,于400-750r/min转速搅拌1-3h,然后加入纳米二氧化钛、硼酸锌、三氧化二锑、有机蒙脱石、玻璃纤维、纳米氧化锌、玄武岩平纹纤维布、纳米二氧化硅、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂kh-570、改性填料和甘油混合均匀,超声震荡10-30min,接着升温至100-200℃,保温15-35min,加入消泡剂和耐氧化改性剂,于450-650r/min转速搅拌20-40min,自然冷却,粉碎筛分后即可制得建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料。

本发明的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料,其原料包括改性聚苯硫醚、聚苯砜、聚碳酸酯、聚氯乙烯树脂、二异氰酸酯、磷酸三甲酯、氯化聚乙烯、聚四氟乙烯微粉、羟丙基甲基纤维素、纳米二氧化钛、硼酸锌、三氧化二锑、有机蒙脱石、玻璃纤维、纳米氧化锌、玄武岩平纹纤维布、纳米二氧化硅、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂kh-570、甘油、消泡剂、耐氧化改性剂和改性填料。其中,改性聚苯硫醚通过将蒙托土和水混合均匀,升温,保温,接着搅拌,接着加入烷基铵钠混合均匀,搅拌,静置沉淀后将沉淀物洗涤、抽滤,干燥,冷却至室温后加入聚苯硫醚混合均匀,升温,搅拌,接着于双螺杆挤出机中熔融共混,造粒得到改性聚苯硫醚,运用到本发明的3d打印材料中,使得本发明的3d打印材料具有优异的耐氧化和强度,采用熔融插层法制备的改性聚苯硫醚,对蒙脱土的有机化处理有利于提高聚苯硫醚和蒙脱土之间的界面作用力,使蒙脱土得到良好的分散,使其均匀的分散在聚苯硫醚基体中,有效提高了复合材料的力学性能。其中,耐氧化改性剂通过将三聚氯氰和丙酮混合均匀,于冰浴中搅拌分散,然后加入2,4-二羟基-二苯甲酮混合均匀,用氢氧化钠溶液调节ph,然后升温,接着加入对氨基苯磺酸混合均匀,调节ph值,静置沉淀,抽滤干燥得到耐氧化改性剂,运用到本发明的3d打印材料中,使得本发明的3d打印材料具有优异的耐氧化和强度。其中,改性填料通过将硅藻土、氧化石墨烯、超细碳酸钙、高岭土和水合肼混合均匀,搅拌,然后加入钛酸酯偶联剂、甲基丙烯酸甲酯和羧基丁腈胶乳混合均匀,搅拌,然后升温,保温,然后加入过硫酸钾和硫酸铝混合均匀,接着用去离子水清洗后,抽滤,置于烘箱中干燥,冷却至室温得到改性填料,运用到本发明的3d打印材料中,使得本发明的3d打印材料具有优异的耐氧化和强度。本发明制备得到的3d打印材料具有优异的耐氧化和强度。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做出详细说明,应当了解,实施例只用于说明本发明,而不是用于对本发明进行限定,任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。

具体实施方式中,改性聚苯硫醚的重量份可以为80份、85份、90份、95份、100份、105份、110份、115份、120份;聚苯砜的重量份可以为20份、25份、30份、35份、40份;聚碳酸酯的重量份可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份;聚氯乙烯树脂的重量份可以为4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份;二异氰酸酯的重量份可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份;磷酸三甲酯的重量份可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份;氯化聚乙烯的重量份可以为20份、25份、30份、35份、40份;聚四氟乙烯微粉的重量份可以为3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份;羟丙基甲基纤维素的重量份可以为4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份;纳米二氧化钛的重量份可以为2份、3份、4份、5份、6份;硼酸锌的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份;三氧化二锑的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份;有机蒙脱石的重量份可以为3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份;玻璃纤维的重量份可以为1份、2份、3份、4份、5份;纳米氧化锌的重量份可以为3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份;玄武岩平纹纤维布的重量份可以为10份、15份、20份、25份、30份;纳米二氧化硅的重量份可以为4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份;正硅酸乙酯的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份;硅烷偶联剂kh-570的重量份可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份;甘油的重量份可以为5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份、10份;消泡剂的重量份可以为1份、1.5份、2份、2.5份、3份;耐氧化改性剂的重量份可以为6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份;改性填料的重量份可以为8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份。

实施例1

本发明提出的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料,其原料按重量份包括:改性聚苯硫醚100份、聚苯砜30份、聚碳酸酯10份、聚氯乙烯树脂6.5份、二异氰酸酯4.5份、磷酸三甲酯10份、氯化聚乙烯30份、聚四氟乙烯微粉6份、羟丙基甲基纤维素8份、纳米二氧化钛4份、硼酸锌3.5份、三氧化二锑3.5份、有机蒙脱石6份、玻璃纤维3份、纳米氧化锌6份、玄武岩平纹纤维布20份、纳米二氧化硅6.5份、正硅酸乙酯3.5份、硅烷偶联剂kh-5704.5份、甘油7.5份、消泡剂2份、耐氧化改性剂7.5份、改性填料12份。

实施例2

本发明提出的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料,其原料按重量份包括:改性聚苯硫醚80份、聚苯砜40份、聚碳酸酯5份、聚氯乙烯树脂9份、二异氰酸酯3份、磷酸三甲酯15份、氯化聚乙烯20份、聚四氟乙烯微粉9份、羟丙基甲基纤维素4份、纳米二氧化钛6份、硼酸锌2份、三氧化二锑5份、有机蒙脱石3份、玻璃纤维5份、纳米氧化锌3份、玄武岩平纹纤维布30份、纳米二氧化硅4份、正硅酸乙酯5份、硅烷偶联剂kh-5703份、甘油10份、消泡剂1份、耐氧化改性剂9份、改性填料8份。

改性聚苯硫醚按如下工艺进行制备:按重量份将2份蒙托土和15份水混合均匀,升温至80℃,保温3h,接着于850rpm搅拌40min,接着加入1份烷基铵钠混合均匀,于550rpm搅拌10min,静置沉淀后将沉淀物洗涤、抽滤,于90℃干燥20min,冷却至室温后加入5份聚苯硫醚混合均匀,升温至290℃,于60rpm转速搅拌20min,接着于双螺杆挤出机中熔融共混,造粒得到改性聚苯硫醚,其中,双螺杆挤出机从进料口到机头各段温度分别为:150℃、280℃、280℃、330℃、270℃,双螺杆挤出机的螺杆转速为120rpm。

耐氧化改性剂按如下工艺进行制备:按重量份将3份三聚氯氰和8份丙酮混合均匀,于冰浴中搅拌分散20min,然后加入4份2,4-二羟基-二苯甲酮混合均匀,用氢氧化钠溶液调节ph值为5.0,然后升温至50℃,接着加入3份对氨基苯磺酸混合均匀,调节ph值为7.0,静置沉淀,抽滤干燥得到耐氧化改性剂。

改性填料按如下工艺进行制备:按重量份将6份硅藻土、5份氧化石墨烯、4份超细碳酸钙、6份高岭土和1份水合肼混合均匀,于75℃搅拌10h,然后加入5份钛酸酯偶联剂、2份甲基丙烯酸甲酯和9份羧基丁腈胶乳混合均匀,于5500r/min转速下搅拌4h,然后升温至90℃,保温1.5h,然后加入4份过硫酸钾和8份硫酸铝混合均匀,接着用去离子水清洗后,抽滤,置于45℃的烘箱中干燥4h,冷却至室温得到改性填料。

实施例3

本发明提出的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料,其原料按重量份包括:改性聚苯硫醚120份、聚苯砜20份、聚碳酸酯15份、聚氯乙烯树脂4份、二异氰酸酯6份、磷酸三甲酯5份、氯化聚乙烯40份、聚四氟乙烯微粉3份、羟丙基甲基纤维素12份、纳米二氧化钛2份、硼酸锌5份、三氧化二锑2份、有机蒙脱石9份、玻璃纤维1份、纳米氧化锌9份、玄武岩平纹纤维布10份、纳米二氧化硅9份、正硅酸乙酯2份、硅烷偶联剂kh-5706份、甘油5份、消泡剂3份、耐氧化改性剂6份、改性填料16份。

本发明的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料的制备方法,包括:将改性聚苯硫醚、聚苯砜、聚碳酸酯、聚氯乙烯树脂、二异氰酸酯、磷酸三甲酯、氯化聚乙烯、聚四氟乙烯微粉和羟丙基甲基纤维素加入配料罐中,升温至120℃,于400r/min转速搅拌3h,然后加入纳米二氧化钛、硼酸锌、三氧化二锑、有机蒙脱石、玻璃纤维、纳米氧化锌、玄武岩平纹纤维布、纳米二氧化硅、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂kh-570、改性填料和甘油混合均匀,超声震荡10min,接着升温至200℃,保温15min,加入消泡剂和耐氧化改性剂,于650r/min转速搅拌20min,自然冷却,粉碎筛分后即可制得建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料。

实施例4

本发明提出的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料,其原料按重量份包括:改性聚苯硫醚85份、聚苯砜35份、聚碳酸酯8份、聚氯乙烯树脂8份、二异氰酸酯4份、磷酸三甲酯12份、氯化聚乙烯25份、聚四氟乙烯微粉8份、羟丙基甲基纤维素5份、纳米二氧化钛5份、硼酸锌3份、三氧化二锑4份、有机蒙脱石4份、玻璃纤维4份、纳米氧化锌4份、玄武岩平纹纤维布25份、纳米二氧化硅5份、正硅酸乙酯4份、硅烷偶联剂kh-5704份、甘油9份、消泡剂1.5份、耐氧化改性剂8份、改性填料9份。

改性聚苯硫醚按如下工艺进行制备:按重量份将3份蒙托土和12份水混合均匀,升温至85℃,保温2.5h,接着于880rpm搅拌35min,接着加入1.5份烷基铵钠混合均匀,于520rpm搅拌15min,静置沉淀后将沉淀物洗涤、抽滤,于88℃干燥25min,冷却至室温后加入4份聚苯硫醚混合均匀,升温至295℃,于55rpm转速搅拌25min,接着于双螺杆挤出机中熔融共混,造粒得到改性聚苯硫醚,其中,双螺杆挤出机从进料口到机头各段温度分别为:155℃、275℃、285℃、325℃、275℃,双螺杆挤出机的螺杆转速为115rpm。

耐氧化改性剂按如下工艺进行制备:按重量份将3.5份三聚氯氰和7份丙酮混合均匀,于冰浴中搅拌分散25min,然后加入3份2,4-二羟基-二苯甲酮混合均匀,用氢氧化钠溶液调节ph值为5.2,然后升温至48℃,接着加入4份对氨基苯磺酸混合均匀,调节ph值为6.8,静置沉淀,抽滤干燥得到耐氧化改性剂。

改性填料按如下工艺进行制备:按重量份将7份硅藻土、4.5份氧化石墨烯、5份超细碳酸钙、5份高岭土和2份水合肼混合均匀,于72℃搅拌10.5h,然后加入4.5份钛酸酯偶联剂、3份甲基丙烯酸甲酯和8份羧基丁腈胶乳混合均匀,于5800r/min转速下搅拌3.5h,然后升温至92℃,保温1.2h,然后加入4.5份过硫酸钾和7份硫酸铝混合均匀,接着用去离子水清洗后,抽滤,置于48℃的烘箱中干燥3h,冷却至室温得到改性填料。

本发明的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料的制备方法,包括:将改性聚苯硫醚、聚苯砜、聚碳酸酯、聚氯乙烯树脂、二异氰酸酯、磷酸三甲酯、氯化聚乙烯、聚四氟乙烯微粉和羟丙基甲基纤维素加入配料罐中,升温至85℃,于700r/min转速搅拌1.5h,然后加入纳米二氧化钛、硼酸锌、三氧化二锑、有机蒙脱石、玻璃纤维、纳米氧化锌、玄武岩平纹纤维布、纳米二氧化硅、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂kh-570、改性填料和甘油混合均匀,超声震荡25min,接着升温至120℃,保温32min,加入消泡剂和耐氧化改性剂,于480r/min转速搅拌35min,自然冷却,粉碎筛分后即可制得建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料。

实施例5

本发明提出的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料,其原料按重量份包括:改性聚苯硫醚115份、聚苯砜25份、聚碳酸酯12份、聚氯乙烯树脂5份、二异氰酸酯5份、磷酸三甲酯8份、氯化聚乙烯35份、聚四氟乙烯微粉4份、羟丙基甲基纤维素11份、纳米二氧化钛3份、硼酸锌4份、三氧化二锑3份、有机蒙脱石8份、玻璃纤维2份、纳米氧化锌8份、玄武岩平纹纤维布15份、纳米二氧化硅8份、正硅酸乙酯3份、硅烷偶联剂kh-5705份、甘油6份、消泡剂2.5份、耐氧化改性剂7份、改性填料15份。

改性聚苯硫醚按如下工艺进行制备:按重量份将4份蒙托土和8份水混合均匀,升温至115℃,保温1.5h,接着于1020rpm搅拌25min,接着加入2.5份烷基铵钠混合均匀,于480rpm搅拌25min,静置沉淀后将沉淀物洗涤、抽滤,于82℃干燥35min,冷却至室温后加入3份聚苯硫醚混合均匀,升温至305℃,于45rpm转速搅拌35min,接着于双螺杆挤出机中熔融共混,造粒得到改性聚苯硫醚,其中,双螺杆挤出机从进料口到机头各段温度分别为:165℃、255℃、295℃、315℃、285℃,双螺杆挤出机的螺杆转速为105rpm。

耐氧化改性剂按如下工艺进行制备:按重量份将4.5份三聚氯氰和5份丙酮混合均匀,于冰浴中搅拌分散35min,然后加入2份2,4-二羟基-二苯甲酮混合均匀,用氢氧化钠溶液调节ph值为5.8,然后升温至42℃,接着加入5份对氨基苯磺酸混合均匀,调节ph值为6.2,静置沉淀,抽滤干燥得到耐氧化改性剂。

改性填料按如下工艺进行制备:按重量份将8份硅藻土、3.5份氧化石墨烯、7份超细碳酸钙、3份高岭土和3份水合肼混合均匀,于68℃搅拌11.5h,然后加入3.5份钛酸酯偶联剂、7份甲基丙烯酸甲酯和4份羧基丁腈胶乳混合均匀,于6200r/min转速下搅拌2.5h,然后升温至98℃,保温0.8h,然后加入5.5份过硫酸钾和3份硫酸铝混合均匀,接着用去离子水清洗后,抽滤,置于52℃的烘箱中干燥2h,冷却至室温得到改性填料。

本发明的一种建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料的制备方法,包括:将改性聚苯硫醚、聚苯砜、聚碳酸酯、聚氯乙烯树脂、二异氰酸酯、磷酸三甲酯、氯化聚乙烯、聚四氟乙烯微粉和羟丙基甲基纤维素加入配料罐中,升温至115℃,于450r/min转速搅拌2.5h,然后加入纳米二氧化钛、硼酸锌、三氧化二锑、有机蒙脱石、玻璃纤维、纳米氧化锌、玄武岩平纹纤维布、纳米二氧化硅、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂kh-570、改性填料和甘油混合均匀,超声震荡15min,接着升温至180℃,保温18min,加入消泡剂和耐氧化改性剂,于620r/min转速搅拌25min,自然冷却,粉碎筛分后即可制得建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料。

将实施例1-5中的建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料运用到实际3d打印生产中,所得到的产品的性能进行检测,得到的数据如表1所示。

表1:

由表1可知,实施例1-实施例5中的建筑工程用耐氧化高强度3d打印材料具有优异的耐氧化和强度。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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