一种用于3d打印的聚苯乙烯微球材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其由以下原料制成：聚苯乙烯微球100份、光稳剂0.1～10份、消泡剂0.1～10份、流平剂0.1～10份、抗氧剂0.1～5份。本发明制备的材料分散性好，具有优异的力学性能，同时制备工艺简单、环保无污染，可直接应用于3D打印。
【专利说明】一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于3D打印新材料领域，具体属于一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]立体光固化成型SLA技术是“Stereo Lightgraphy Appearance”的缩写，是采用特定波长与强度的激光聚焦到光固化材料表面，按照由点到线、由线到面的顺序完成一个层面的绘制，然后通过垂直方向的移动固化其他层面，最终构成三维实体。SLA技术成型速度快、精度高，但由于树脂固化过程中存在收缩现象，因此开发收缩率小、固化快和强度高的光敏材料是其发展趋势。
[0003]常见的用于3D打印的粉末材料均为尼龙粉末，由尼龙树脂直接粉碎或溶解于有机溶剂后结晶析出的方法制备，制备工艺复杂且有一定的危害性，所得到的材料均一性差，无突出的性能优点，所得到的制品强度低、韧性差。
[0004]本发明所采用的聚苯乙烯微球制备方法见专利CN 101921353，是一种粒径可控、单分散性好的高分子量聚苯乙烯微球，应用于3D打印具有力学强度高、制备工艺简单和环保无污染等优点，同时对于3D打印的普及有指导意义。
【发明内容】
[0005]发明提供了一种聚苯乙烯微球在3D打印方面的应用，所制备的材料分散性好，具有优异的力学性能，同时制备工艺简单、环保无污染，可直接应用于3D打印。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，由以下重量份的组分制成:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂0.1~10份，
消泡剂0.1~10份，
流平剂0.1~10份，
抗氧剂0.1~5份。
[0007]所述的聚苯乙烯微球粒径为I μ m~50 μ m。
[0008]所述的光稳剂为2，4- 二羧基二苯甲酮、氯化苯并三唑和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的至少一种。
[0009]所述的消泡剂为二甲基聚硅氧烷、环氧乙烷环氧丙烷共聚醚和聚醚硅氧烷中的至少一种。
[0010]所述的流平剂为有机硅-环氧乙烷共聚物、有机硅-环氧丙烷共聚物和聚二甲基硅氧烷中的至少一种。
[0011]所述的抗氧剂为四(3，5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯和N，N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种。
[0012]所述的一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料的制备方法，包含以下步骤:
(1)在容器中陆续加入所需聚苯乙烯微球100份、光稳剂0.1~10份、消泡剂0.1~10份、流平剂0.1~10份、抗氧剂0.1~5份,在40°C~90°C条件下高速搅拌IOmin~40min至分散均匀；
(2)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率8~15W，扫描速度1000mm/s~3000mm/s,烧结厚度为0.05mm~0.2mm,制备为所需制件。 [0013]本发明的有益效果在于:
1、本发明制备的用于3D打印的聚苯乙烯微球材料具有优异的力学性能如拉伸强度和弯曲强度，韧性好，同时制备工艺简单、环保无污染，可直接经3D打印设备制备为结构复杂的制件。
[0014]2、较单纯的尼龙粉末材料制件的拉伸强度和弯曲强度最大分别达到90MPa和llOMPa，较单纯的尼龙粉末材料相比分别提高了 69%以上。
[0015]具体实施方法
下面结合具体实例对本
【发明内容】
进行进一步的说明，但所述实施例并非是对本发明实质精神的简单限定，任何基于本发明实质精神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，各实例中所述份数均为重量份。
[0016]制备的样品在23°C、50%湿度环境下调节后，分别采用ASTM D638和ASTM D790检测拉伸强度和弯曲强度。
[0017]本发明的具体实施例如下:
实施例1
(I)按以下比例配备原料:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂2，4- 二羧基二苯甲酮1份，
光稳剂氯化苯并三唑1份，
消泡剂二甲基聚硅氧烷1份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚1份，
流平剂有机硅-环氧乙烷共聚物1份，
流平剂聚二甲基硅氧烷1份，
抗氧剂四(3，5- 二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯1份，
抗氧剂三(2，4- 二叔丁基)亚磷酸苯酯1份。
[0018](2)在容器中陆续加入上述原料，在40°C条件下高速搅拌IOmin至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率8W，扫描速度1000mm/s，烧结厚度为0.05mm，制备为所需制件。
[0019]成型制件性能检测见表一。
[0020]实施例2
(I)按以下比例配备原料:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂2，4- 二羧基二苯甲酮0.1份，消泡剂二甲基聚硅氧烷0.1份，
流平剂有机硅-环氧乙烷共聚物0.1份，
抗氧剂四(3，5- 二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯0.1份。
[0021](2)在容器中陆续加入上述原料，在50°C条件下高速搅拌IOmin至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率8W，扫描速度
1000mm/s，烧结厚度为0.05mm，制备为所需制件。
[0022]成型制件性能检测见表一。
[0023]实施例3
(1)按以下比例配备原料:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂2，4-二羧基二苯甲酮2份，
消泡剂二甲基聚硅氧烷3份，
流平剂有机硅-环氧乙烷共聚物4份，
抗氧剂四(3，5- 二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯0.5份。
[0024](2)在容器中陆续加入上述原料，在60°C条件下高速搅拌IOmin至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率8W，扫描速度
1000mm/s，烧结厚度为0.05mm，制备为所需制件。
[0025]成型制件性能检测见表一。
[0026]实施例4
(1)按以下比例配备原料:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂2，4-二羧基二苯甲酮3份，
消泡剂二甲基聚硅氧烷4份，
流平剂有机硅-环氧乙烷共聚物5份，
抗氧剂四(3，5- 二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯1份。
[0027](2)在容器中陆续加入上述原料，在60°C条件下高速搅拌20min至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率10W，扫描速度
2000mm/s，烧结厚度为0.1mm，制备为所需制件。
[0028]成型制件性能检测见表一。
[0029]实施例5
(I)按以下比例配备原料:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂氯化苯并三唑4份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚5份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物6份，
抗氧剂三(2，4- 二叔丁基)亚磷酸苯酯1.5份。
[0030](2)在容器中陆续加入上述原料，在70°C条件下高速搅拌20min至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率10W，扫描速度
2000mm/s，烧结厚度为0.1mm，制备为所需制件。[0031]成型制件性能检测见表一。
[0032]实施例6
(I)按以下比例配备原料:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂氯化苯并三唑5份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚6份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物7份，
抗氧剂三(2，4- 二叔丁基)亚磷酸苯酯2份。
[0033](2)在容器中陆续加入上述原料，在70°C条件下高速搅拌20min至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率10W，扫描速度
2000mm/s，烧结厚度为0.1mm，制备为所需制件。
[0034]成型制件性能检测见表一。
[0035]实施例7
(I)按以下比例配备原料:`
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂氯化苯并三唑6份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚7份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物8份，
抗氧剂三(2，4- 二叔丁基)亚磷酸苯酯2.5份。
[0036](2)在容器中陆续加入上述原料，在80°C条件下高速搅拌30min至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率12W，扫描速度
3000mm/s，烧结厚度为0.15mm，制备为所需制件。
[0037]成型制件性能检测见表一。
[0038]实施例8
(I)按以下比例配备原料:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮7份，
消泡剂聚醚硅氧烷8份，
流平剂聚二甲基硅氧烷9份，
抗氧剂N，N’ -双-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺3份。
[0039](2)在容器中陆续加入上述原料，在80°C条件下高速搅拌30min至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率12W，扫描速度
3000mm/s，烧结厚度为0.15mm，制备为所需制件。
[0040]成型制件性能检测见表一。
[0041]实施例9
(I)按以下比例配备原料:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮8份，
消泡剂聚醚硅氧烷9份，流平剂聚二甲基硅氧烷10份，
抗氧剂N，N’ -双-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺4份。
[0042](2)在容器中陆续加入上述原料，在90°C条件下高速搅拌40min至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率15W，扫描速度
3000mm/s，烧结厚度为0.2mm，制备为所需制件。
[0043]成型制件性能检测见表一。
[0044]实施例10
(I)按以下比例配备原料:
聚苯乙烯微球100份，
光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮10份，
消泡剂聚醚硅氧烷10份，
流平剂聚二甲基硅氧烷9份，
抗氧剂N, N’ -双-(3- (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺5份。
[0045](2)在容器中陆续加入上述原料,在90°C条件下高速搅拌40min至分散均匀；
(3)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率15W，扫描速度
3000mm/s，烧结厚度为0.2mm，制备为所需制件。
[0046]成型制件性能检测见表一。
[0047]对照实例I
直接将尼龙6粉末材料在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功
率12W，扫描速度2000mm/s，烧结厚度为0.10mm，制备为所需制件。
[0048]成型制件性能检测见表一。
[0049]对照实例2
直接将尼龙12粉末材料在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功
率12W，扫描速度2000mm/s，烧结厚度为0.10mm，制备为所需制件。
[0050]成型制件性能检测见表一。
[0051]表一:
【权利要求】
1.一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成: 聚苯乙烯微球100份， 光稳剂0.1~10份， 消泡剂0.1~10份， 流平剂0.1~10份， 抗氧剂0.1~5份。
2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的聚苯乙烯微球粒径为I μ m~50 μ m。
3.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的光稳剂为2，4- 二羧基二苯甲酮、氯化苯并三唑和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的消泡剂为二甲基聚硅氧烷、环氧乙烷环氧丙烷共聚醚和聚醚硅氧烷中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的流平剂为有机硅-环氧乙烷共聚物、有机硅-环氧丙烷共聚物和聚二甲基硅氧烷中的至少 一种。
6.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料，其特征在于，所述的抗氧剂为四(3，5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯和N，N’ -双-(3-(3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺中的至少一种。
7.权利要求1所述的一种用于3D打印的聚苯乙烯微球材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)在容器中陆续加入所需聚苯乙烯微球100份、光稳剂0.1~10份、消泡剂0.1~10份、流平剂0.1~10份、抗氧剂0.1~5份,在40°C~90°C条件下高速搅拌IOmin~40min至分散均匀； (2)在3D打印设备上将上述材料制备为制件，工艺参数为:光源功率8~15W，扫描速度1000mm/s~3000mm/s,烧结厚度为0.05mm~0.2mm,制备为所需制件。
【文档编号】C08K5/134GK103772837SQ201410007964
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】杨桂生, 李枭 申请人:合肥杰事杰新材料股份有限公司