3d打印用聚苯乙烯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提出一种3D打印用聚苯乙烯复合材料及其制备方法，该复合材料的制备方法为将烯丙基缩水甘油醚与丙酮混合，加入酒石酸，室温搅拌，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，室温搅拌，然后加入聚苯乙烯颗粒，加热搅拌，冷却得3D打印用聚苯乙烯复合材料，本发明制备的聚苯乙烯复合材料可在40~50℃的温度范围内进行3D打印，不会堵塞3D打印机喷头；制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用；打印成型后的材料具有无毒、无臭、电绝缘性能好、刚性好及耐化学腐蚀性好等优良性能。
【专利说明】3D打印用聚苯乙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料【技术领域】，涉及一种3D打印用聚苯乙烯复合材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 3D打印技术是一系列技术的组合，即通过一台机器逐次添加物层的方式来制造一 个物品，其组合由计算机辅助设计（CAD)、激光成型、挤出机，或能一次打印一层物质的打印 机针头构成。增材制造能一次性生成复杂的几何物体，它的内部可以有空腔或活动部件，而 传统的机械不能胜任以这种方式进行制造。3D打印技术已经在消费品、汽车工业及航空工 业等领域部分获得应用。它对于制造新奇廉价的物品很合适，但对于生产大体积、低价格并 且有足够强度的部件而言，它的能力有限。据估计，到2030年，增材制造有望取代一些传统 的规模化生产企业，导致大量拥有现代生产能力的本地化微工厂出现，有效缩短生产周期， 简化供应链。
[0003] 聚苯乙烯（PS)是一种热塑性树脂，由于其价格低廉且易加工成型，因此得以广泛 应用。聚苯乙烯有均聚物(透明粒料）或增韧接枝共聚物或与弹性体的共混体(抗冲击聚苯 乙烯IPS)形式。聚苯乙烯共聚物在物理性能和热性能上比均聚物有所提高。这几类聚苯 乙烯有多种品级，如标准IPS和标准透明品级、抗环境应力开裂品级（ESCR)、耐紫外线级。 阻燃级、耐磨级、制轻质制件的高挠性品级、可发泡品级、超初级以及低残余挥发分品级等。 聚苯乙烯树脂用于制造日常生活中的一次性餐具、汽车部件、包装材料、玩具、建筑材料、电 器和家庭用品等。Stratasys公司发明了甲基丙烯酸-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物细 丝，用于注射模制造，3D打印的温度在200°C以上。
[0004] 本发明制备的复合材料还可制成各种功能性的薄膜、涂层和复合材料，在光电材 料、航空航天以及微电子封装材料等领域获得应用，市场前景广阔。
【发明内容】
[0005] 本发明属于复合材料【技术领域】，涉及一种3D打印用聚苯乙烯复合材料及其制备 方法。该聚苯乙烯复合材料的制备方法的特征为将烯丙基缩水甘油醚与丙酮混合，加入酒 石酸，室温搅拌，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、双-[Y-(三乙氧基硅）丙基]四硫化 物，室温搅拌，然后加入聚苯乙烯颗粒，加热搅拌，冷却得3D打印用聚苯乙烯复合材料。本 发明制备的聚苯乙烯复合材料应用领域广泛，包括电器、计算机、医疗、绝热、隔音、防震材 料等。
[0006] 本发明提出的3D打印用聚苯乙烯复合材料，其特征在于： ①由下列重量比的原料组成： 聚苯乙烯 40?50%， 双-[Y -(三乙氧基硅）丙基]四硫化物 5?30%， 烯丙基缩水甘油醚 5~20%， 丙酮 15?30%， 酒石酸 1?2%， 偶氮二咪唑啉基丙烷 1~3%。
[0007] ②制备步骤如下： 1) 将重均分子量为5-20万的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的颗粒； 2) 按重量配比称取原料； 3) 在氮气氛围下，将烯丙基缩水甘油醚与丙酮混合，加入酒石酸，室温搅拌3(Γ60分 钟，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、双-[Υ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室温搅拌 60?90分钟，然后加入聚苯乙烯颗粒，加热至5(T60°C，搅拌9(Γ120分钟，冷却至室温，得3D 打印用聚苯乙烯复合材料。
[0008] 将该材料在4(T50°C进行3D打印，测试成型后材料的密度、拉伸强度、弯曲强度及 收缩率。
[0009] 本发明的优点在于：（1)将聚苯乙烯制成10(Γ120目的微小颗粒，使聚苯乙烯与 双-[Υ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物、烯丙基缩水甘油醚、丙酮等复合，添加酒石酸、偶 氮二咪唑啉基丙烷等辅助剂，配置成具有一定粘度的复合材料，在4(T50°C的温度范围内进 行3D打印，复合材料固化成型，得3D打印产品，从而实现多种工业产品的低温打印制造。 (2)本发明制备的3D打印材料是一种流体材料，打印过程不会堵塞3D打印机喷头，适用于 现有的多数3D打印机。（3)制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用。
【具体实施方式】
[0010] 下面通过实施例进一步描述本发明 实施例1 将40g重均分子量为5-20万的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的颗粒；在氮气氛围下，将 20g烯丙基缩水甘油醚与30g丙酮混合，加入2g酒石酸，室温搅拌50分钟，再依次加入3g 偶氮二咪唑啉基丙烷、5g双-[Y-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室温搅拌60分钟，然后 加入40g聚苯乙烯颗粒，加热至50°C，搅拌90分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯乙烯复合 材料。
[0011] 将该材料在40°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.06g/cm3,拉伸强度为 48. 8MPa，弯曲强度为82. 9MPa，收缩率为2. 11%。
[0012] 实施例2 将45g重均分子量为5-20万的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的颗粒；在氮气氛围下，将 8g烯丙基缩水甘油醚与15g丙酮混合，加入lg酒石酸，室温搅拌30分钟，再依次加入lg偶 氮二咪唑啉基丙烷、30g双-[γ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室温搅拌90分钟，然后加 入45g聚苯乙烯颗粒，加热至60°C，搅拌120分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯乙烯复合 材料。
[0013] 将该材料在50°C进行3D打印，成型后材料的密度为1. llg/cm3,拉伸强度为 49. 9MPa，弯曲强度为84. 7MPa，收缩率为2. 33%。
[0014] 实施例3 将50g重均分子量为5-20万的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的颗粒；在氮气氛围下，将 5g烯丙基缩水甘油醚与20g丙酮混合，加入2g酒石酸，室温搅拌45分钟，再依次加入2g偶 氮二咪唑啉基丙烷、21g双-[γ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室温搅拌75分钟，然后加 入50g聚苯乙烯颗粒，加热至55°C，搅拌100分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯乙烯复合 材料。
[0015] 将该材料在45°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.07g/cm3,拉伸强度为 51. IMPa，弯曲强度为81. 3MPa，收缩率为2. 01%。
[0016] 实施例4 将40g重均分子量为5-20万的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的颗粒；在氮气氛围下，将 15g烯丙基缩水甘油醚与25g丙酮混合，加入2g酒石酸，室温搅拌40分钟，再依次加入3g 偶氮二咪唑啉基丙烷、15g双-[Y-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室温搅拌70分钟，然后 加入40g聚苯乙烯颗粒，加热至60°C，搅拌110分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯乙烯复 合材料。
[0017] 将该材料在40°C进行3D打印，成型后材料的密度为1. 16g/cm3,拉伸强度为 50. 3MPa，弯曲强度为86. IMPa，收缩率为2. 63%。
[0018] 实施例5 将44g重均分子量为5-20万的聚苯乙烯粉碎成ΚΚΓ120目的颗粒；在氮气氛围下，将 llg烯丙基缩水甘油醚与22g丙酮混合，加入lg酒石酸，室温搅拌40分钟，再依次加入2g 偶氮二咪唑啉基丙烷、15g双-[Y-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室温搅拌60分钟，然后 加入44g聚苯乙烯颗粒，加热至50°C，搅拌100分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯乙烯复 合材料。
[0019] 将该材料在50°C进行3D打印，成型后材料的密度为1.04g/cm3,拉伸强度为 46. 9MPa，弯曲强度为80. 7MPa，收缩率为1. 82%。
【权利要求】
1. 一种3D打印用聚苯乙烯复合材料，其特征在于：由下列重量比的原料组成： 聚苯乙烯 40?50%， 双-[Y -(三乙氧基硅）丙基]四硫化物 5?30%， 烯丙基缩水甘油醚 5~20%， 丙酮 15?30%， 酒石酸 1?2%， 偶氮二咪唑啉基丙烷 1~3%。
2. -种3D打印用聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下： 1) 将重均分子量为5-20万的聚苯乙烯粉碎成10(Γ120目的颗粒； 2) 按重量配比称取原料； 3) 在氮气氛围下，将烯丙基缩水甘油醚与丙酮混合，加入酒石酸，室温搅拌3(Γ60分 钟，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、双-[Υ-(三乙氧基硅）丙基]四硫化物，室温搅拌 60?90分钟，然后加入聚苯乙烯颗粒，加热至5(T60°C，搅拌9(Γ120分钟，冷却至室温，得3D 打印用聚苯乙烯复合材料。
【文档编号】C08L25/06GK104194180SQ201410427135
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】蓝碧健 申请人:太仓碧奇新材料研发有限公司