一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料及其制备方法
文献发布时间:2023-06-19 11:37:30
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,特别是涉及一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料及其制备方法。
背景技术
3D打印技术是一种通过计算机切片软件将三维模型转化为数字代码,再控制3D打印机执行数字代码,最后运用高分子材料或金属材料等可黏合材料进行逐层打印,该技术已广泛应用于工业设计、航空航天和教育教学等领域。
ASA树脂是由丙烯腈、苯乙烯和丙烯酸酯组成的一种高分子材料。该材料不仅拥有良好的加工性能,同时还具备出色的耐候性能,特别是在户外用品领域的使用十分广泛。但是,该材料在3D打印技术成型过程中,由于3D打印机开放式成型和喷嘴的持续高温加热,容易导致材料产生收缩翘曲现象,且释放出刺激性有机挥发物,严重影响制件的成型精度和操作者的身心健康。
高抗冲聚苯乙烯(HIPS)树脂不仅尺寸稳定性好,而且还具有优异的冲击强度和刚性,有利于降低材料的收缩率。有机化蒙脱土一方面由于其较大的层间距结构,容易使分子链进入内部形成插层结构,大大降低分子链分解的可能性,有效减少刺激气体产生;另一方面,其无机属性赋予材料更好的热稳定性,使材料的尺寸收缩率进一步降低,进而提高材料的成型精度。
有鉴于此,本案发明人力求将HIPS、有机化蒙脱石等应用于3D打印上以提高3D打印材料的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料及其制备方法。
为了达成上述目的,本发明的技术方案是:
一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料,按重量百分比计,包括ASA树脂60~80%、HIPS树脂10~25%、有机化蒙脱土2~8%、相容剂2~6%、热稳定剂0.5~2%、抗氧剂0.5~2%和润滑剂0.5~2%,各组分之和为100%。
进一步地,所述有机化蒙脱土的层间距大于或等于2nm。
进一步地,所述相容剂包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯接枝马来酸酐和苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。
进一步地,所述热稳定剂包括硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸镁中的至少一种。
进一步地,所述抗氧剂包括抗氧剂168、抗氧剂1010和抗氧剂CA中的至少一种。
进一步地,所述润滑剂包括液体石蜡、硬脂酸和聚乙烯蜡中的至少一种。
采用上述技术方案后,本发明一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料,具有以下有益效果:
(1)收缩翘曲率低。通过添加HIPS和有机化蒙脱土,协同抑制ASA分子链在冷却过程中产生的内应力,减少分子链蠕动,从而提高材料的热稳定性,使材料热膨胀系数保持在较低水平(热膨胀系数不高于3.6×10
(2)机械性能优。通过添加相容剂和有机化蒙脱土,有效解决ASA与HIPS两种树脂界面相容问题,降低两者间表面张力,协同提高材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度,使材料保持较高的机械性能。
(3)无明显刺激气味。通过添加有机化蒙脱土,利用其较大的层间距结构,使ASA和HIPS分子链嵌入到层间,降低由热作用引发的链分解反应,进而解决成型中存在刺激性气味问题。
一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:将ASA树脂、HIPS树脂、有机化蒙脱土、相容剂、热稳定剂和抗氧剂分别真空干燥,将干燥后的各组分按如下重量百分比配比称量:ASA树脂60~80%、HIPS树脂10~25%、有机化蒙脱土2~8%、相容剂2~6%、热稳定剂0.5~2%、抗氧剂0.5~2%和润滑剂0.5~2%;
步骤2:将称量后的HIPS树脂和有机化蒙脱土放入连续密炼挤出机进行混炼造粒,加工温度160~200℃,螺杆转速100~300rpm,得到HIPS/有机化蒙脱土混合颗粒;
步骤3:将HIPS/有机化蒙脱土混合颗粒、ASA树脂、相容剂、热稳定剂、抗氧剂和润滑剂在双螺杆挤出机熔融挤出造料,得到共混颗粒,加工温度为170~240℃,螺杆转速为100~250rpm;
步骤4:将步骤3制备的共混颗粒通过单螺杆线材机进行挤出定型和牵引收卷,得到3D打印材料,加工温度为170~240℃,螺杆转速为30~100rpm。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案,下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料,组分按重量百分比计为:ASA树脂70%、HIPS树脂15%、有机化蒙脱土5%(本实施例的有机化蒙脱土的层间距优选为2.4nm)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐5%、硬脂酸锌2%、抗氧剂1010 1%和硬脂酸2%。
一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将ASA树脂、HIPS树脂、有机化蒙脱土、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐、硬脂酸锌和抗氧剂1010分别真空干燥,将干燥后的各组分按如下重量百分比配比称量:一种抗收缩翘曲的ASA3D打印材料,组分按重量百分比计为:ASA树脂70%、HIPS树脂15%、有机化蒙脱土5%、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐5%、硬脂酸锌2%、抗氧剂1010 1%和硬脂酸2%;
(2)将称量后的HIPS树脂和有机化蒙脱土放入连续密炼挤出机进行混炼造粒,加工温度185℃,螺杆转速120rpm,得到HIPS/有机化蒙脱土混合颗粒;
(3)将HIPS/有机化蒙脱土混合颗粒、ASA树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝马来酸酐、硬脂酸锌、抗氧剂1010和硬脂酸在双螺杆挤出机熔融挤出造料,得到共混颗粒,加工温度为220℃,螺杆转速为180rpm;
(4)将步骤(3)制备的共混颗粒通过单螺杆线材机进行挤出定型和牵引收卷,得到3D打印材料,加工温度为225℃,螺杆转速为50rpm。
进一步地,将(4)步骤中得到的3D打印材料进行3D打印成型,测定3D打印成型过程中热膨胀系数(GB/T 2572-2005)、VOC释放量(DB35/1784-2018)、气味性等级、耐候性能(GB/T11793-2008)弯曲强度(GB/T9341-2008)、拉伸强度(GB/T1040.2-2006)和冲击强度(GB/T1043.1-2008),测试结果见表1。
实施例2
一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料,组分按重量百分比计为:ASA树脂65%、HIPS树脂20%、有机化蒙脱土6%(本实施例的有机化蒙脱土的层间距优选为3.5nm)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯6%、硬脂酸钙1%、抗氧剂168 1%和液体石蜡1%。
一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将ASA树脂、HIPS树脂、有机化蒙脱土、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、硬脂酸钙和抗氧剂168分别真空干燥,将干燥后的各组分按如下重量百分比配比称量:一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料,组分按重量百分比计为:ASA树脂65%、HIPS树脂20%、有机化蒙脱土6%、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯6%、硬脂酸钙1%、抗氧剂168 1%和液体石蜡1%;
(2)将称量后的HIPS树脂和有机化蒙脱土放入连续密炼挤出机进行混炼造粒,加工温度200℃,螺杆转速150rpm,得到HIPS/有机化蒙脱土混合颗粒;
(3)将HIPS/有机化蒙脱土混合颗粒、ASA树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、硬脂酸钙、抗氧剂168和液体石蜡在双螺杆挤出机熔融挤出造料,得到共混颗粒,加工温度为215℃,螺杆转速为200rpm;
(4)将步骤(3)制备的共混颗粒通过单螺杆线材机进行挤出定型和牵引收卷,得到3D打印材料,加工温度为220℃,螺杆转速为65rpm。
进一步地,将(4)步骤中得到的3D打印材料进行3D打印成型,测定3D打印成型过程中热膨胀系数(GB/T 2572-2005)、VOC释放量(DB35/1784-2018)、气味性等级、耐候性能(GB/T11793-2008)弯曲强度(GB/T9341-2008)、拉伸强度(GB/T1040.2-2006)和冲击强度(GB/T1043.1-2008),测试结果见表1。
实施例3
一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料,组分按重量百分比计为:ASA树脂75%、HIPS树脂12%、有机化蒙脱土7%(本实施例的有机化蒙脱土的层间距优选为3.8nm)苯乙烯、接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯4%、硬脂酸镁0.5%、抗氧剂CA 0.5%和聚乙烯蜡1%。
一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将ASA树脂、HIPS树脂、有机化蒙脱土、苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和硬脂酸镁分别真空干燥,将干燥后的各组分按如下重量百分比配比称量:一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料,组分按重量百分比计为:ASA树脂75%、HIPS树脂12%、有机化蒙脱土7%、苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯4%、硬脂酸镁0.5%、抗氧剂CA 0.5%和聚乙烯蜡1%;
(2)将称量后的HIPS树脂和有机化蒙脱土放入连续密炼挤出机进行混炼造粒,加工温度205℃,螺杆转速250rpm,得到HIPS/有机化蒙脱土混合颗粒;
(3)将HIPS/有机化蒙脱土混合颗粒、ASA、苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、硬脂酸镁、抗氧剂CA和聚乙烯蜡在双螺杆挤出机熔融挤出造料,得到共混颗粒,加工温度为220℃,螺杆转速为260rpm;
(4)将步骤(3)制备的共混颗粒通过单螺杆线材机进行挤出定型和牵引收卷,得到3D打印材料,加工温度为220℃,螺杆转速为80rpm。
进一步地,将(4)步骤中得到的3D打印材料进行3D打印成型,测定3D打印成型过程中热膨胀系数(GB/T 2572-2005)、VOC释放量(DB35/1784-2018)、气味性等级、耐候性能(GB/T 11793-2008)弯曲强度(GB/T9341-2008)、拉伸强度(GB/T1040.2-2006)和冲击强度(GB/T1043.1-2008),测试结果见表1。
对比例1
按照实施例1配方组成,未添加HIPS和有机化蒙脱土,通过熔融挤出、定型牵引制备3D打印材料,将线材进行3D打印成型,测定3D打印成型过程中热膨胀系数(GB/T 2572-2005)、VOC释放量(DB35/1784-2018)、气味性等级、耐候性能(GB/T 11793-2008)弯曲强度(GB/T9341-2008)、拉伸强度(GB/T1040.2-2006)和冲击强度(GB/T1043.1-2008),测试结果见表1。
对比例2
按照实施例1配方组成,未添加有机化蒙脱土和相容剂,通过熔融挤出、定型牵引制备3D打印线材,将线材进行3D打印成型,测定3D打印成型过程中热膨胀系数(GB/T 2572-2005)、VOC释放量(DB35/1784-2018)、气味性等级、耐候性能(GB/T 11793-2008)弯曲强度(GB/T9341-2008)、拉伸强度(GB/T1040.2-2006)和冲击强度(GB/T1043.1-2008),测试结果见表1。
对比例3
按照实施例1配方组成,未添加有机化蒙脱土,通过熔融挤出、定型牵引制备3D打印线材,将线材进行3D打印成型,测定3D打印成型过程中热膨胀系数(GB/T 2572-2005)、VOC释放量(DB35/1784-2018)、气味性等级、耐候性能(GB/T 11793-2008)弯曲强度(GB/T9341-2008)、拉伸强度(GB/T1040.2-2006)和冲击强度(GB/T1043.1-2008),测试结果见表1。
对比例4
按照实施例1配方组成,有机化蒙脱土替换为蒙脱土(层间距为1.6nm),通过熔融挤出、定型牵引制备3D打印材料,将线材进行3D打印成型,测定3D打印成型过程中热膨胀系数(GB/T 2572-2005)、VOC释放量(DB35/1784-2018)、气味性等级、耐候性能(GB/T 11793-2008)弯曲强度(GB/T9341-2008)、拉伸强度(GB/T1040.2-2006)和冲击强度(GB/T1043.1-2008),测试结果见表1。
表1材料性能测试结果
备注:气味等级按刺激、部分刺激、无刺激三个等级划分。
由上表可知:加入有机蒙脱土、HIPS和相容剂后,材料的VOC释放值显著下降,材料成型过程中的气味等级明显改善。与此同时,材料的热膨胀系数显著降低,有效提高了材料的热稳定性和尺寸稳定性。此外,材料的拉伸强度和冲击强度得到提高,熔体流动速率仍保持着适宜的水平。
上述实施例并非限定本发明的组成及制备方法,任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰,皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
- 一种抗收缩翘曲的ASA 3D打印材料及其制备方法
- 一种低温低翘曲的ASA 3D打印线材及其制备方法