高导电性3d打印材料、其制备方法及应用
【专利摘要】本发明公开了一种高导电性3D打印材料、其制备方法及应用。所述高导电性3D打印材料包含：ABS 70wt%~93wt%、碳纳米管3wt%~10wt%、界面偶联剂1wt%~5wt%以及分散润滑剂，所述分散润滑剂的用量为碳纳米管的10wt%~60wt%。所述制备方法包括：将所述碳纳米管与分散润滑剂混合均匀，之后将获得的混合物、界面偶联剂与ABS密炼混合，其后熔融挤出切粒，获得高导电性3D打印材料。本发明的高导电性3D打印材料作为打印线材不仅具有高导电性，而且能保证线材的可塑性和强度，可满足具有特殊抗静电或导电性要求的零部件打印市场需求，同时其制备工艺简单，成本低廉，易于大规模制造生产。
【专利说明】
高导电性3D打印材料、其制备方法及应用
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种高导电性3D打印材料，尤其涉及一种高导电性3D打印ABS塑料材料、制备方法及其应用，属于快速成型的3D打印导线用导电材料技术领域。
【背景技术】
[0002]3D打印技术，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积打印的方式来构造物体的技术，国外称为增材制造，其基本原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术。目前，3D打印技术已在工业造型、机械制造、艺术创作、珠宝制作、医学、教育等领域得到广泛应用，并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。
[0003]恪融沉积成型法(FDM，Fused Deposit1n Modeling)，是3D打印技术方法之一，是通过将丝状材料如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，按照零件每一层的预定轨迹，以固定的速率进行熔体沉积。对于熔融沉积成型法打印技术来说，最常用的热塑性塑料是ABS(Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers，丙稀臆-丁二稀-苯乙稀共聚物)和PLA(poIyIactice acid，聚乳酸)。
[0004]目前，3D打印塑料线材市场功能化产品少，无法满足一些具有特殊抗静电或导电性要求高的零部件的打印。中国专利CN 103788565 A中公开了一种导电性的3D打印ABS线材，该线材中添加了 35?55份的纳米导电炭黑。但是纳米导电炭黑添加量太高，在一定程度上会影响线材的可塑性和强度。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在于提供一种高导电性3D打印材料及其制备方法以克服现有技术中的不足。
[0006]本发明的另一目的在于提供该种高导电性3D打印材料的应用。
[0007]为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括:
本发明实施例提供了一种高导电性3D打印材料，其包含:ABS 70wt%~93wt%、碳纳米管3wt%~10wt%、界面偶联剂1被%~5的％以及分散润滑剂，所述分散润滑剂的用量为碳纳米管的10wt%~60wt%o
[0008]本发明实施例还提供了一种制备所述高导电性3D打印材料的方法，包括:将碳纳米管与分散润滑剂混合均匀，之后将获得的混合物、界面偶联剂与ABS密炼混合，密炼温度为180?220 °C，时间为5?20min，其后在200?230 °C的温度条件下，熔融挤出切粒，获得所述高导电性3D打印材料。
[0009]本发明实施例还提供了所述的高导电性3D打印材料的用途，例如在制备3D打印线材中的应用。
[0010]本发明实施例还提供了所述的高导电性3D打印材料形成的导电线材，其表面电阻率为13?16 Ω，拉伸强度为32MPa?45MPa。[0011 ]与现有技术相比，本发明的优点包括:
1.本发明提供的高导电性3D打印材料作为3D打印线材，不仅具有高导电性的特点，而且能保证线材的可塑性和强度，可满足一些具有特殊抗静电或导电性要求高的零部件打印，从而满足3D打印对抗静电打印线材的市场需求；
2.本发明提供的高导电性3D打印材料的制备工艺简单，成本低廉，易于大规模制造生产。
【具体实施方式】
[0012]鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是一种高导电性3D打印材料、制备方法，以及所述高导电性3D打印材料于制备抗静电或高导电性要求3D打印线材中的应用。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0013]本发明实施例的一个方面提供了一种高导电性3D打印材料，其包含:ABS70wt%-93wt%、碳纳米管3wt%~10wt%、界面偶联剂1的%~5的％以及分散润滑剂，所述分散润滑剂的用量为碳纳米管的10wt%?60wt%。
[0014]作为本发明的优选实施例之一，所述高导电性3D打印材料进一步包含:ABS85wt%?90wt%、碳纳米管3wt%~5wt%、界面偶联剂3的%~5的％以及分散润滑剂，所述分散润滑剂的用量为碳纳米管的30wt%?50wt%。
[0015]优选的，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。
[0016]更为优选的，所述多壁碳纳米管的管径为I?25nm，长度为0.5?ΙΟμπι，纯度彡90%，比表面积为250?300 m2/g。
[0017]作为优选方案之一，所述界面偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、ABS接枝马来酸酐(ABS-g-MAH)、苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)、SEBS接枝马来酸酐(SEBS-g-MAH)中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0018]作为优选方案之一，所述分散润滑剂包括硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、乙撑双硬脂酰胺、乙撑双月桂酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0019]作为本发明的更为优选的实施例之一，所述高导电性3D打印材料包含:ABS85wt%?90wt%、碳纳米管3 wt%?5wt%、ABS接枝马来酸酐4 wt%?5wt%以及乙撑双硬脂酰胺，所述乙撑双硬脂酰胺的用量为碳纳米管的40wt%~50wt%。
[°02°] 本发明采用碳纳米管(Carbon Nanotubes，简称CNTs)作为导电填料，因其优异的电学性能、超强的力学性能，特别是其极低的导电渗流阈值，少量的添加就可达到理想的导电效果，从而对线材可塑性影响很小，同时还利于提高线材的强度。
[0021]本发明实施例的另一方面提供了前述高导电性3D打印材料的制备方法，包括:将碳纳米管与分散润滑剂混合均匀，之后将获得的混合物、界面偶联剂与ABS密炼混合，密炼温度为180?220 °C，时间5?20min，其后在200?230 °C的温度条件下，熔融挤出切粒，获得所述高导电性3D打印材料。
[0022]本发明实施例的另一方面还提供了所述高导电性3D打印材料于制备3D打印线材中的应用。
[0023]本发明实施例的另一方面还提供了一种由所述高导电性3D打印材料形成的导电线材，所述导电线材的表面电阻率为13?106Ω，拉伸强度为32MPa?45MPa。
[0024]以下结合若干实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。
[0025]实施例1
将10%碳纳米管和40%乙撑双硬脂酰胺添加到高混机中，共混均匀，然后将共混物、3%ABS接枝马来酸酐与70%的ABS原料添加到密炼机中密炼混合，实现碳纳米管与ABS的预混合，然后将密炼原料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，最后用切粒的原料通过单螺杆挤出机挤出形成直径约1.75mm的3D打印线材，该线材的表面电阻率约1.02 X 13 Ω，拉伸强度约32MPa。
[0026]实施例2
将3%碳纳米管和50%双油酸酰胺添加到高混机中，共混均匀，然后将共混物、1%苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)与93%的ABS原料添加到密炼机中密炼混合，实现碳纳米管与ABS的预混合，然后将密炼原料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，最后用切粒的原料通过单螺杆挤出机挤出形成直径约1.75mm的3D打印线材，该线材的表面电阻率约1.06 X 16 Ω，拉伸强度约45MPa。
[0027]实施例3
将5%碳纳米管和30%三硬脂酸甘油酯添加到高混机中，共混均匀，然后将共混物、5%钛酸酯偶联剂与85%的ABS原料添加到密炼机中密炼混合，实现碳纳米管与ABS的预混合，然后将密炼原料加入到双螺杆挤出机中熔融挤出切粒，最后用切粒的原料通过单螺杆挤出机挤出形成直径约1.75mm的3D打印线材，该线材的表面电阻率约5.51 X 14 Ω，拉伸强度约38MPa。
[0028]藉由本发明的上述技术方案，本发明提供的高导电性3D打印材料的制备工艺简单，成本低廉，易于大规模制造生产。制得的打印材料作为打印线材，不仅具有高导电性的特点，而且能保证线材的可塑性和强度，可满足一些具有特殊抗静电或导电性要求高的零部件的打印，从而满足3D打印对抗静电打印线材的市场需求。
[0029]应当理解，以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种高导电性3D打印材料，其特征在于包含:ABS 70wt%~93wt%、碳纳米管3wt%~10wt%、界面偶联剂1被%~5被％以及分散润滑剂，所述分散润滑剂的用量为碳纳米管的10wt%~60wt%o2.根据权利要求1所述的高导电性3D打印材料，其特征在于包含:ABS85wt%~90wt%、碳纳米管3wt%~5wt%、界面偶联剂3的%~5的％以及分散润滑剂，所述分散润滑剂的用量为碳纳米管的30wt%?50wt%。3.根据权利要求1或2所述的高导电性3D打印材料，其特征在于:所述碳纳米管包括单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。4.根据权利要求3所述的高导电性3D打印材料，其特征在于:所述多壁碳纳米管的管径为I?25nm，长度为0.5?ΙΟμπι，纯度彡90%，比表面积为250~300 m2/g。5.根据权利要求1或2所述的高导电性3D打印材料，其特征在于:所述界面偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、ABS接枝马来酸酐、苯乙烯-马来酸酐共聚物、SEBS接枝马来酸酐中的任意一种或两种以上的组合。6.根据权利要求1或2所述的高导电性3D打印材料，其特征在于:所述分散润滑剂包括硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、乙撑双硬脂酰胺、乙撑双月桂酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的任意一种或两种以上的组合。7.根据权利要求1或2所述的高导电性3D打印材料，其特征在于包含:ABS85 wt%~90wt%、碳纳米管3 wt%?5wt%、ABS接枝马来酸酐4 wt%?5wt%以及乙撑双硬脂酰胺，所述乙撑双硬脂酰胺的用量为碳纳米管的40wt%~50wt%。8.根据权利要求1-7中任一项所述的高导电性3D打印材料的制备方法，其特征在于包括:将碳纳米管与分散润滑剂混合均匀，之后将获得的混合物、界面偶联剂与ABS密炼混合，密炼温度为180?220 °C，时间为5?20min，其后在200?230 °C的温度条件下，熔融挤出切粒，获得所述高导电性3D打印材料。9.根据权利要求1-7中任一项所述的高导电性3D打印材料于制备3D打印线材中的应用。10.由权利要求1-7中任一项所述的高导电性3D打印材料形成的导电线材，其表面电阻率为13?16 Ω，拉伸强度为32MPa?45MPa。
【文档编号】C08L51/00GK106046653SQ201610356030
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】金赫华, 王春梅, 李清文
【申请人】中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所