一种用于3d打印的abs快速成型材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)粉末的混配材料，尤其涉及 一种含纳米碳化硅晶须和聚酰亚胺纤维的用于3D打印的ABS快速成型材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 快速成型(RP)技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新 产品开发服务的一项关键共性技术，对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产 品竞争力有积极的推动作用。快速成型材料一般包括工程蜡、工程塑料、陶瓷粉、金属粉、砂 等，其中最为常用的是工程塑料。在工程塑料中一般采用聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、尼 龙66和聚碳酸酯作为基本材料，但这些材料存在成型周期长、容易脆断、耐热性差以及在干 态和低温时抗冲击能力差等问题，不太适合单独应用于快速成型技术。
[0003] ABS树脂是五大合成树脂之一，其具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特 点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应 用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工 程塑料。但ABS树脂存在韧性小，热变形温度低，可燃，耐候性较差等缺点，使其制造出的成 型材料存在力学性能不强，热稳定性差，可燃，耐候性差等缺陷，不能得到广泛的应用，使其 在各个领域的应用受到了限制。
[0004] 中国专利公开号CN103214738 A公开了一种快速成型材料及其制备方法。该方法 利用纳米纤维素与工程塑料共混得到改性的快速成型材料，此快速成型材料制备工艺简 单、易实现工业化;并且该材料成型周期短、热稳定性好、机械强度高。但是未能提高ABS材 料的热变形温度、耐候性差的缺陷。
[0005] 中国专利公开号CN101597425 A公开了一种基于聚碳酸酯粉末的激光烧结快速成 型材料。其发明的激光烧结快速成型材料可以较好的解决烧结件的翘曲变形问题，并且在 烧结件的力学性能方面得到很大改善，在快速制作薄壁零件、精密零件、复杂零件和耐高、 低温零件方面具有很大的优势。
[0006] 中国专利公开号CN104072935 A公开了一种用于3D打印的ABS材料及其制造工艺。 通过具有不同橡胶粒径的本体ABS的混合集配，加入玻璃纤维等，实现了对ABS树脂的增强 增韧，使其可以更好的用于3D打印。其提供的ABS材料可用于制备三维打印熔融沉积快速成 型的打印材料，但该材料在力学性能及热变形温度上还需要提高才能达到更加广泛的应 用。
[0007] 为了实现丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的快速打印，将其制备成粉末状将 会极大地提升打印效果，但难以增强。因此希望提供一种力学性能强、阻燃性好、热稳定性 好、耐候性强的ABS快速成型材料来满足市场需求，使其能够得到更加广泛的应用。
【发明内容】
[0008] 针对上述缺陷，本发明提出一种粉状丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)3D打印 材料，为了改善韧性小、热变形温度低、可燃及耐候性较差等缺点，本发明通过纳米碳化硅 晶须和聚酰亚胺纤维混合物进行改性，使ABS力学性能强，热变形温度高，耐候性好，且具有 阻燃性。进一步提供该快速成型材料的制备方法，利用锥形双螺杆挤出机、球磨机和犁刀式 混合机来制备ABS快速成型材料。
[0009]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种用于3D打印的ABS快速成型材料，其特征在于包含纳米碳化硅晶须和聚酰亚胺纤 维组成的增强剂，由以下原料按重量份制备而成： ABS树脂 100份 增强剂 1~10份 无机填料 1~10份 阻燃剂 0.1~1份 热稳定剂 0.1~1份 抗氧剂 0.1~1份 偶联剂 0.1~1份 流平剂 0.1~1份 所述的ABS树脂为粒径在100um~300um的均勾粉末状固体;所述的增强剂为纳米碳化 硅晶须和聚酰亚胺纤维以重量比为2:1混合而成，直径为10nm~lOOnm，长径比大于20:1;所 述的阻燃剂为粒径在50nm~200nm得聚四氟乙烯超细粉体;所述用于3D打印的ABS快速成型 材料，有如下方法制备而得： 1) 按重量份，将已干燥的ABS树脂100份、增强剂1~10份、热稳定剂0.1~1份、无机填料 1~10份、偶联剂0.1~1份混合均匀投放进锥形双螺杆挤出机，在160~220°C条件下进行熔 融，挤出造粒，挤出机的螺杆长径比L/D为18~22之间，压缩比为（2.5~3.0):1，料筒温度 为:料斗部160~180°C，料筒前部180~220°C，模头温度185~195°C，模具温度180~200°C， 螺杆转速为120~180r/min; 2) 将步骤1)得到的粒料冷却后用球磨机粉碎，在40~100目的筛网中进行筛分得到中 间料； 3 )按重量份，在65°C~85°C，将步骤2 )得到的中间料、阻燃剂0.1~1份、抗氧剂0.1~1 份、流平剂0.1~1份加入犁刀式混合机中，以l〇〇r/min~150r/min混合30min后混合均勾； 4)将步骤3)得到的物料加入到真空干燥箱中，在60°C条件下，干燥2~5h后得到ABS快 速成型材料。
[0010]所述的无机填料为粒径在10um~30um的碳酸|丐、滑石粉、云母粉、高岭土、实心玻 璃微珠中的一种或几种。
[0011] 所述的热稳定剂为粉末状钙一锌复合稳定剂，其钙盐与锌盐的重量比为1:1。
[0012] 所述的抗氧剂为复合抗氧剂，由主抗氧剂和辅助抗氧剂组成，主抗氧剂为β-( 3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯，辅助抗氧剂为亚磷酸二苯辛酯，主抗氧剂与辅助 抗氧剂的重量组成比例为3:1。
[0013] 所述的偶联剂为硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-(2,3-环氧丙氧基）丙基 三甲氧基硅烷，Ν-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，Ν-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二 甲氧基硅烷中的一种或几种。
[0014] 所述的流平剂为液态丙烯酸树脂、脲醛树脂、聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。
[0015] 本发明针对粉末状ABS树脂用于23D打印时韧性小、强度低、可燃及耐候性较差等 缺点进行改性，加入的增强剂碳化硅晶须是一种力学性能强的单晶纤维，它具有抗高温性 能，纳米碳化硅晶须和聚酰亚胺纤维混合物能够明显提高粉状ABS材料的力学强度，加入无 机填料使ABS材料粒度更加均匀，耐热性更强，加入抗氧剂和热稳定剂能够增强ABS材料的 耐候性及热稳定性，加入阻燃剂使ABS材料具有良好的耐火性能，经过筛分后得到粒度均匀 的ABS材料在快速成型领域中有着更加广泛的应用。
[0016] 本发明的突出特点和有益效果是： 1.本发明加入的增强剂纳米碳化硅晶须和聚酰亚胺纤维混合物力学性能强，能够明显 提高ABS在粉状时快速成型材料的冲击强度及拉伸强度。
[0017] 2.本发明加入的阻燃剂聚四氟乙烯超细粉体使ABS快速成型材料具有良好的阻燃 性能。
[0018] 3.本发明对ABS树脂进行改性，得到的改性材料力学性能强、热稳定性好、阻燃性 好、耐候性强，在快速成型领域中能够得到更加广泛的应用，根据ASTM D256和ASTM D638检 测快速成型材料的冲击强度和拉伸强度，采用本发明的ABS快速成型材料用于成型领域的 产品韧性强，热变形温度高。
[0019] 4.本发明采用了锥形双螺杆挤出机、球磨机和犁刀式混合机来制备ABS快速成型 材料，过程中各组分材料能够得到充分的利用，发挥出各自材料的优势性能，且制备工艺简 单，损耗低，环保无污染，制造成本低，适合大规模生产。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实例对本
【发明内容】
进行进一步说明，但不应将此理解为本发明的范 围仅限于以下的实例，任何基于本发明上述思想方法所作出的简单变化或等同替换均应属 于本发明所要求保护的范围之内。如无特别说明，各实施例中所述份数均为重量份。
[0021 ]本发明的具体实施例如下： 实施例1 1)按以下比例配备原料： ABS树脂100份，增强剂纳米碳化硅晶须和聚酰亚胺(PI)纤维混合物1份，阻燃剂聚四 氟乙稀超细粉体(PTFE)0.1份，热稳定剂妈一锌复合稳定剂0.1份，抗氧剂复合抗氧剂0.1 份，无机填料碳酸钙1份，无机填料滑石粉1份，偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷0.1份，流平剂 丙烯酸树脂0.1份。
[0022] 2)按重量份，将已干燥的ABS树脂100份、增强剂1份、热稳定剂0.1份、无机填料1 份、偶联剂0.1份混合均匀投放进锥形双螺杆挤出机进行熔融，挤出造粒，挤出机的料筒温 度为:料斗部160°c，料筒前部180°C，模头温度185°C，模具温度