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一种适于3D打印用的PC/ABS 合金材料及其制备方法

阅读：513发布：2023-03-09

专利汇可以提供一种适于3D打印用的PC/ABS 合金材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种适于3D打印用的PC/ABS 合金材料及其制备方法。所述的材料为，聚碳酸酯(PC)：20-80份，ABS 树脂：20-80份，两者总量为100份；其余添加剂按重量计分别为：抗氧剂：0.1-2％，相容剂：0.5-3％，热稳定剂：0.1-0.5％，除味剂：0.1-2％，增塑剂：0.1-10％。本发明在双螺杆挤出机熔融挤出造粒过程中，采用CO2萃取技术，与传统有机溶剂相比，具有成本低、操作简便、提取安全、无污染等优点，完全可在大生产中广泛使用。，下面是一种适于3D打印用的PC/ABS 合金材料及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种适于3D打印用的PC/ABS 合金材料，其特征在于，按重量份计，聚碳酸酯PC：20-80份，ABS树脂：80-20份；其余添加剂按重量计分别为：
抗氧剂：0.1-2％
相容剂：0.5-3％
热稳定剂：0.1-0.5％
除味剂：0.1-2％
增塑剂：0.1-10％。
2.根据权利要求1所述的适于3D打印用的PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的聚碳酸酯PC为双酚A型聚碳酸酯，分子量为20000-40000g/mol，熔体流动速率为5-20g/min，加工温度210-300℃。
3.根据权利要求1所述的适于3D打印用的PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的ABS树脂为本体聚合法生产的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，包括占总质量百分比含量为
10-30％的橡胶、20-35％的丙烯腈、40-70％的苯乙烯。
4.根据权利要求1所述的适于3D打印用的PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的抗氧剂选取受阻酚型抗氧剂，二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]，双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的适于3D打印用的PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝ABS共混物，环状酸酐(MAH)接枝聚丙烯共混物的其中一种。
6.根据权利要求1所述的适于3D打印用的PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的热稳定剂为高级脂肪酸的金属盐，硬脂酸，月桂酸，棕榈酸，复合金属中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的适于3D打印用的PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的除味剂选取多孔铝硅与螯合型除味剂的复配物，纳米除味剂，单孔或多微孔结构的无机硅酸盐材料的其中至少一种。
8.根据权利要求1所述的适于3D打印用的PC/ABS合金材料，其特征在于，所述的增塑剂选取无味环保低分子量聚酯增塑剂、聚乙烯蜡增塑剂的其中至少一种。
9.根据权利要求1所述的适于3D打印用的PC/ABS合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份配比配制原料，除除味剂和增塑剂外的其它原料投入预混器中混合均匀，加热至80℃后保温30分钟，得到预混料；
S2、将S1步骤得到的预混料加入到双螺杆挤出机中，并在主喂料口附近通过齿轮泵或隔膜泵注入增塑剂，通过侧喂料口加入除味剂，在挤出机中段注入CO2/N2，真空抽气段将CO2/N2抽出，真空抽气段真空压力为-0.05--0.1MPa，切粒得到PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机螺杆转速为200-400rpm，料筒温度为200-290℃；
S3、将干燥后的PC/ABS颗粒材料导入单螺杆挤出机，挤出后通过牵引机牵引，加工成满足3D 打印机使用的1.7-3mm线材，单螺杆挤出机螺杆转速为10-80rpm,料筒温度为190-260℃，牵引收卷速度为10-120m/min。
10.根据权利要求9所述的适于3D打印用的PC/ABS合金材料的制备方法，其特征在于，控制3D打印速度在10-60mm/s，打印温度240-280℃，打印层高0.05-0.2mm。

说明书全文

一种适于3D打印用的PC/ABS合金材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种适于3D打印用的PC/ABS合金材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 3D打印作为革命性的改变传统工业的加工方法，通过增材制造技术，实现复杂制品、零件的快速成型。3D打印技术得到了快速的发展，但3D打印材料的供给形势却不容乐观，从某种程度上，3D打印材料的发展决定了3D打印技术能否有更广阔的应用。

[0003] PC/ABS合金，PC与ABS共混物可以综合PC和ABS的优良性能，一方面可以提高ABS的耐热性、抗冲击性能和拉伸强度，另一方面可以降低PC成本和熔体粘度，改善加工性能，减少制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性。

[0004] 减少气味的基本方法包括物理吸附和化学反应两种。目前常用方法中不论是物理吸附方法还是化学反应方法都存在一些弊端。例如活性炭中的微孔，可以吸附高分子材料中散发出的有气味的分子，但是活性炭自身黑色的原因，使得其只能局限在黑色材料中使用。中国专利CN10270970A公开了一种低气味、低散发PC/ABS合金及其制备方法中通过水母粒的添加来达到去味的目的，但是很容易水解，冲击性能会急剧下降。

[0005] 螯合除味剂由于引入天然高分子物质，具有合成简便、价格低廉、吸附容量大、易洗脱、干扰少和稳定性好等优点。CO2/N2萃取过程中，CO2/N2不会发生化学反应，且属于不燃性气体，无味、无臭、无毒，故安全性好；CO2/N2价格便宜、纯度高、容易取得，从而降低成本；压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种适合于3D打印使用的PC/ABS合金材料，这种方法所生产的环保型低气味材料，具有强度高，耐磨性能强的特点，打印过程中无毒害物质挥发，打印制品具备高精度与良好的力学性能。具体技术方案如下：

[0007] 一种适合于3D打印使用的PC/ABS合金材料，聚碳酸酯(PC)：20-80份，ABS树脂：20-80份，两者总量为100份；其余添加剂按重量计分别为：

[0008] 抗氧剂：0.1-2％

[0009] 相容剂：0.5-3％

[0010] 热稳定剂：0.1-0.5％

[0011] 除味剂：0.1-2％

[0012] 增塑剂：0.1-10％

[0013] 所述的PC为双酚A型聚碳酸酯，分子量为20000-40000g/mol，熔体流动速率为5-20g/min，加工温度210-300℃。

[0014] 所述ABS树脂其特征为本体聚合法生产的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物。包括占总的质量百分比含量为10-30％的橡胶、20-35％的丙烯腈、40-70％的苯乙烯。

[0015] 所述的抗氧剂选取受阻酚型抗氧剂，二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]，双十八烷基醇季戊四醇二亚磷酸酯，三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。

[0016] 所述的相容剂为马来酸酐接枝ABS共混物，环状酸酐(MAH)接枝聚丙烯共混物的其中一种。

[0017] 所述的热稳定剂为高级脂肪酸的金属盐，硬脂酸，月桂酸，棕榈酸，复合金属中的至少一种。

[0018] 所述的除味剂选取多孔铝硅与螯合型除味剂等有机物的复配物，纳米除味剂，单孔或多微孔结构的无机硅酸盐材料的其中至少一种。

[0019] 所述的增塑剂选取无味环保低分子量聚酯增塑剂、聚乙烯蜡增塑剂的其中至少一种。

[0020] 所述的低气味PC/ABS增强合金材料的制备方法，包括如下步骤：

[0021] S1、按重量份配比配制原料，除除味剂和增塑剂外的其他原料投入预混器中混合均匀，加热至80℃后保温30分钟，得到预混料。

[0022] S2、将S1步骤得到的预混料加入到双螺杆挤出机中，并在主喂料口附近通过齿轮泵或隔膜泵注入增塑剂，通过侧喂料口加入除味剂，在挤出机中段注入CO2/N2，真空抽气段将CO2/N2抽出，真空抽气段真空压力为-0.05--0.1MPa，切粒得到PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机螺杆转速为200-400rpm，料筒温度为200-290℃。

[0023] S3、将干燥后的PC/ABS颗粒材料导入单螺杆挤出机，挤出后通过牵引机牵引，加工成满足3D 打印机使用的1.7-3mm线材，单螺杆挤出机螺杆转速为10-80rpm,料筒温度为190-260℃，牵引收卷速度为10-120m/min。

[0024] 所述的低气味PC/ABS增强合金材料进行熔融沉积3D打印的方法，控制3D打印速度在10-60mm/s，打印温度240-280℃，打印层高0.05-0.2mm。

[0025] 本发明的有益效果：

[0026] 本发明在双螺杆挤出机熔融挤出造粒过程中，采用CO2萃取技术，通过侧喂料口加入除味剂，在挤出机中段注入CO2/N2，真空抽气段将CO2/N2抽出的过程，除味剂与相其结合大大提高了除味效率。同时CO2/N2化学性质稳定性，不易参与聚合和分解，对设备的无腐蚀性，无毒，来源容易，价格便宜。萃取技术与传统有机溶剂相比，具有成本低、操作简便、提取安全、无污染等优点，完全可在大生产中广泛使用。

具体实施方式

[0027] 下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

[0028] 实施例1

[0029] 分别称取聚碳酸酯20份，ABS树脂80份，抗氧剂10760.26％与1680.78％，Ca-Zn热稳定剂0.5％，ABS-g-MAH相容剂3％、在高速预混器中混合均匀，加热至80℃后保温30分钟。将预混料加入到双螺杆挤出机中，并在主喂料口附近通过齿轮泵注入分子量为2000的聚酯
3
型增塑剂2％。通过侧喂料口加入除味剂多孔铝硅3％，在挤出机中段注入CO2，流量为2.5m/h，真空抽气段真空压力为-0.098MPa，切粒得到PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机螺杆转速为300rpm，料筒温度为200-290℃。将干燥后的PC/ABS颗粒材料导入单螺杆挤出机，挤出后通过牵引机牵引，加工成满足3D打印机使用的1.75±0.05mm线材，单螺杆挤出机螺杆转速为50rpm,料筒温度为240-270℃，牵引收卷速度为30m/min。

[0030] 本实施例中所述的PC/ABS合金材料使用现有的3D打印技术进行打印，制成符合ASTM测试标准的试样，进行测试，控制3D打印速度在50mm/s，打印温度280℃，打印层高0.14mm。

[0031] 对得到的产物进行表征，表征结果如下：

[0032]

[0033]

[0034] 实施例2

[0035] 分别称取聚碳酸酯40份，ABS树脂60份，抗氧剂10760.26％与1680.78％，Ca-Zn热稳定剂0.5％，ABS-g-GMA相容剂3％、分子量为2000的聚乙烯蜡3％在高速预混器中混合均匀，加热至80℃后保温30分钟。将预混料加入到双螺杆挤出机中，通过侧喂料口加入除味剂有机鳌合除味剂3％，在挤出机中段注入CO2，流量为2m3/h，真空抽气段真空压力为-0.098MPa，切粒得到PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机螺杆转速为300rpm，料筒温度为
200-290℃。将干燥后的PC/ABS颗粒材料导入单螺杆挤出机，挤出后通过牵引机牵引，加工成满足3D打印机使用的1.75±0.05mm线材，单螺杆挤出机螺杆转速为50rpm,料筒温度为
240-270℃，牵引收卷速度为30m/min。

[0036] 本实施例中所述的PC/ABS合金材料使用现有的3D打印技术进行打印，制成符合ASTM测试标准的试样，进行测试，控制3D打印速度在50mm/s，打印温度280℃，打印层高0.14mm。

[0037] 对得到的产物进行表征，表征结果如下：

[0038]

[0039]

[0040] 实施例3

[0041] 分别称取聚碳酸酯60份，ABS树脂40份，抗氧剂10760.26％与1680.78％，Ca-Zn热稳定剂0.5％，ABS-g-MAH相容剂3％、在高速预混器中混合均匀，加热至80℃后保温30分钟。将预混料加入到双螺杆挤出机中，并在主喂料口附近通过齿轮泵注入分子量为2000的聚酯型增塑剂3％。通过侧喂料口加入除味剂多孔铝硅3％，在挤出机中段注入CO2，流量为2.5m3/h，真空抽气段真空压力为-0.098MPa，切粒得到PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机螺杆转速为300rpm，料筒温度为200-290℃。将干燥后的PC/ABS颗粒材料导入单螺杆挤出机，挤出后通过牵引机牵引，加工成满足3D打印机使用的1.75±0.05mm线材，单螺杆挤出机螺杆转速为50rpm,料筒温度为240-270℃，牵引收卷速度为30m/min。

[0042] 本实施例中所述的PC/ABS合金材料使用现有的3D打印技术进行打印，制成符合ASTM测试标准的试样，进行测试，控制3D打印速度在50mm/s，打印温度280℃，打印层高0.14mm。

[0043] 对得到的产物进行表征，表征结果如下：

[0044]

[0045]

[0046] 实施例4

[0047] 分别称取聚碳酸酯80份，ABS树脂20份，抗氧剂10760.26％与1680.78％，Ca-Zn热稳定剂0.5％，ABS-g-GMA相容剂3％、分子量为2000的聚乙烯蜡5％在高速预混器中混合均匀，加热至80℃后保温30分钟。将预混料加入到双螺杆挤出机中，通过侧喂料口加入除味剂有机鳌合除味剂3％，在挤出机中段注入CO2，流量为1.5m3/h，真空抽气段真空压力为-0.098MPa，切粒得到PC/ABS合金材料，其中双螺杆挤出机螺杆转速为300rpm，料筒温度为
200-290℃。将干燥后的PC/ABS颗粒材料导入单螺杆挤出机，挤出后通过牵引机牵引，加工成满足3D打印机使用的1.75±0.05mm线材，单螺杆挤出机螺杆转速为50rpm,料筒温度为
240-270℃，牵引收卷速度为30m/min。

[0048] 本实施例中所述的PC/ABS合金材料使用现有的3D打印技术进行打印，制成符合ASTM测试标准的试样，进行测试，控制3D打印速度在50mm/s，打印温度280℃，打印层高0.14mm。

[0049] 对得到的产物进行表征，表征结果如下：

[0050]

[0051]

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