CN110628149B - 3d打印聚氯乙烯高分子改性线材及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种3D打印聚氯乙烯高分子改性线材,由以下重量份的原料组成:聚氯乙烯树脂40‑50,苯乙烯类热塑性弹性体10‑20,无机填料35‑45,热稳定剂10‑20,偶联剂0.8‑1.6,润滑剂0.2‑0.4。本发明还公开了其制备方法,先将热稳定剂、偶联剂、润滑剂混合制成胶状添加剂,再将其他原料制备用混合机混合,再加入预先制好的添加剂,用双螺旋制粒后用单螺旋机拉丝成3D打印线材。在3D打印时,基本不会翘曲和拉丝以及自分解,并且不会发生打印时与打印底板粘结不牢的情况。本发明不使用重金属类毒性添加剂,安全环保,成本低廉,可投放给家庭使用市场。

Description

3D打印聚氯乙烯高分子改性线材及制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印耗材制造领域,具体而言,涉及一种3D打印聚氯乙烯高分子改性线材及制备方法。
背景技术
3D打印,即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车,航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品,而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同,只是打印材料有些不同,普通打印机的打印材料是墨水和纸张,而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”,是实实在在的原材料,打印机与电脑连接后,通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说,3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备,比如打印一个机器人、打印玩具车,打印各种模型,甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理,因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。
3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式,并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。
熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling ,FDM)快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材(如工程塑料ABS、聚碳酸酯PC等)加热熔化进而堆积成型方 法,简称FDM。FDM同其它成型技术相比有其固有的优缺点。优点:成型精度高、打印模型硬度 好、多种颜色。缺点:成型物体表面粗糙。FDM较传统制作方法有其独特的优势。首先,可制造 较为精细的机械零部件。其次,量产的打印物品可在一定程度上降低生产成本。
根据FDM成型技术理论,几乎所有可以熔融加工的聚合材料都可以用FDM成型,FDM成型技术的线材有很多,例如:ABS、PLA、PA、PC、PS、HIPS、TPU、PEEK等。PVC作为世界五大通用塑料之一,具有价格低廉易得、良好的化学稳定性、抗酸碱腐蚀、耐候性、抗冲击性、电绝缘性等优点,在很多领域得到了广泛的应用。但是由于他在高温的不稳定性,不易挤出成丝,在3D打印应用领域没有得到推广。
发明内容
鉴于以上,本发明提供一种3D打印聚氯乙烯高分子改性线材及制备方法。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下:
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材,聚氯乙烯高分子改性线材由以下重量份的原料组成:
聚氯乙烯树脂 40-50
苯乙烯类热塑性弹性体10-20
无机填料 35-45
热稳定剂 10-20
偶联剂 0 .8-1 .6
润滑剂 0 .2-0 .4。
优选的,聚氯乙烯树脂由聚合度700-850和聚合度1000-1100聚氯乙烯树脂组成。
优选的,苯乙烯类热塑性弹性体包括乙烯类热塑性弹性体选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的至少一种。
优选的,无机填料包括述填料选自碳酸钙、石墨、云母、二氧化硅、钛白粉、滑石粉、氮化硅、硫酸钡中的一种或几种的混合物。
优选的,热稳定剂为锌基热稳定剂和锡基热稳定剂。
优选的,偶联剂包括为硅烷偶联剂、马来酸酐、铝酸酯偶联剂中的至少一种。
优选的,润滑剂包括硫磺、硬脂酸和硬脂酸盐中的至少一种。
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将热稳定剂 、偶联剂、润滑剂,加热搅拌至150℃,搅拌速度60 转/ 分,升温速度8 ~ 10℃ / 分,搅拌30min;
(2)将苯乙烯类热塑性弹性体、聚氯乙烯树脂、无机填料投入高速混合机中,转速为400转/分,升温至90-100℃,搅拌30min,转速调至500-800转/分,加入步骤(1)混合物,升温至120-130℃后转入冷却混合机,冷却至30-60℃;
(3)加入双螺杆挤出造粒机,机筒四段温度分别为:Ⅰ区100 ~ 110℃,Ⅱ区110 ~120℃,Ⅲ区120 ~ 130℃,Ⅳ区120 ~ 130℃,模头温度为125 ~ 130℃,螺杆转速50 ~80rpm ;物料经挤出机塑化造粒冷却至40 ~ 50℃;
(4)将步骤(3)的粒料经过单螺杆机挤出为适于3D打印的线材。
本发明的有益效果是:将热稳定剂 、偶联剂、润滑剂,先加热搅拌预处理形成胶状添加剂组合物,使得聚氯乙烯树脂与苯乙烯类热塑性弹性体界面更容易粘合,提高原子间的价键强度,提高与基体的相容性和界面黏结力,从而提高聚氯乙烯的热稳定性和流动性,另外通过添加无机填料,使得其在材料中分散均匀,不团聚,增加体系稳定性。通过双螺杆多温段挤出造粒后单螺杆挤出的线材,保存时间长,在3D打印时,基本不会翘曲和拉丝以及自分解,并且不会发生打印时与打印底板粘结不牢的情况。本发明不使用重金属类毒性添加剂,安全环保,成本低廉,可投放给家庭使用市场。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材,主要由以下重量份数的原料制成:聚合度700-850的聚氯乙烯树脂 20、聚合度1000-1100聚氯乙烯树脂30、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20、二氧化硅20、滑石粉15、锌基热稳定剂 15、马来酸酐1.5、硬脂酸钠0 .3。
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将锌基热稳定剂、马来酸酐、硬脂酸钠,加热搅拌至150℃,搅拌速度60 转/分,升温速度8 ~ 10℃ / 分,搅拌30min;
(2)将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氯乙烯树脂、二氧化硅和滑石粉投入高速混合机中,转速为400转/分,升温至100℃,搅拌30min,转速调至600转/分,加入步骤(1)混合物,升温至120℃后转入冷却混合机,冷却至30-60℃;
(3)加入双螺杆挤出造粒机,机筒四段温度分别为:Ⅰ区100 ~ 110℃,Ⅱ区110 ~120℃,Ⅲ区120 ~ 130℃,Ⅳ区120 ~ 130℃,模头温度为125 ~ 130℃,螺杆转速50 ~80rpm ;物料经挤出机塑化造粒冷却至40 ~ 50℃;
(4)将步骤(3)的粒料经过单螺杆机挤出为1.75mm的线材。
抗冲击强度140J/m,热变形温度为81℃,熔融指数为9g/10min,将该线材在3D打印机上进行性能测试,其尺寸收缩率小于0 .5%。
实施例2:
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材,主要由以下重量份数的原料制成:聚合度700-850的聚氯乙烯树脂30、聚合度1000-1100聚氯乙烯树脂20、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物20、二氧化硅20、滑石粉15、锌基热稳定剂 15、马来酸酐1.5、硬脂酸钠0 .3。
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将锌基热稳定剂、马来酸酐、硬脂酸钠,加热搅拌至150℃,搅拌速度60 转/分,升温速度8 ~ 10℃ / 分,搅拌30min;
(2)将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氯乙烯树脂、二氧化硅和滑石粉投入高速混合机中,转速为400转/分,升温至100℃,搅拌30min,转速调至600转/分,加入步骤(1)混合物,升温至120℃后转入冷却混合机,冷却至30-60℃;
(3)加入双螺杆挤出造粒机,机筒四段温度分别为:Ⅰ区100 ~ 110℃,Ⅱ区110 ~120℃,Ⅲ区120 ~ 130℃,Ⅳ区120 ~ 130℃,模头温度为125 ~ 130℃,螺杆转速50 ~80rpm ;物料经挤出机塑化造粒冷却至40 ~ 50℃;
(4)将步骤(3)的粒料经过单螺杆机挤出为1.75mm的线材。
抗冲击强度145J/m,热变形温度为85℃,熔融指数为9g/10min,将该线材在3D打印机上进行性能测试,其尺寸收缩率小于0 .5%。
实施例3:
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材,主要由以下重量份数的原料制成:聚合度700-850的聚氯乙烯树脂 30、聚合度1000-1100聚氯乙烯树脂20、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物10、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物10、氮化硅20、滑石粉15、锌基热稳定剂10、辛基硫醇锡5、硅烷偶联剂1、马来酸酐0.5、硬脂酸钠0 .3。
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将锌基热稳定剂、辛基硫醇锡、硅烷偶联剂、马来酸酐、硬脂酸钠,加热搅拌至150℃,搅拌速度60 转/ 分,升温速度8 ~ 10℃ / 分,搅拌30min;
(2)将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氯乙烯树脂、氮化硅和滑石粉投入高速混合机中,转速为400转/分,升温至100℃,搅拌30min,转速调至600转/分,加入步骤(1)混合物,升温至120℃后转入冷却混合机,冷却至30-60℃;
(3)加入双螺杆挤出造粒机,机筒四段温度分别为:Ⅰ区100 ~ 110℃,Ⅱ区110 ~120℃,Ⅲ区120 ~ 130℃,Ⅳ区120 ~ 130℃,模头温度为125 ~ 130℃,螺杆转速50 ~80rpm ;物料经挤出机塑化造粒冷却至40 ~ 50℃;
(4)将步骤(3)的粒料经过单螺杆机挤出为1.75mm的线材。
抗冲击强度145J/m,热变形温度为82℃,熔融指数为9g/10min,将该线材在3D打印机上进行性能测试,其尺寸收缩率小于0 .4%。
实施例4:
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材,主要由以下重量份数的原料制成:聚合度700-850的聚氯乙烯树脂 30、聚合度1000-1100聚氯乙烯树脂20、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物10、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物10、氮化硅20、滑石粉15、锌基热稳定剂10、辛基硫醇锡5、硅烷偶联剂1、马来酸酐0.5、硬脂酸钠0 .3。
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将锌基热稳定剂、辛基硫醇锡、硅烷偶联剂、马来酸酐、硬脂酸钠,加热搅拌至150℃,搅拌速度60 转/ 分,升温速度8 ~ 10℃ / 分,搅拌30min;
(2)将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氯乙烯树脂、氮化硅和滑石粉投入高速混合机中,转速为400转/分,升温至100℃,搅拌30min,转速调至600转/分,加入步骤(1)混合物,升温至120℃后转入冷却混合机,冷却至30-60℃;
(3)加入双螺杆挤出造粒机,机筒四段温度分别为:Ⅰ区100 ~ 110℃,Ⅱ区110 ~120℃,Ⅲ区120 ~ 130℃,Ⅳ区120 ~ 130℃,模头温度为125 ~ 130℃,螺杆转速50 ~80rpm ;物料经挤出机塑化造粒冷却至40 ~ 50℃;
(4)将步骤(3)的粒料经过单螺杆机挤出为3mm的线材。
抗冲击强度150J/m,热变形温度为81℃,熔融指数为9g/10min,将该线材在3D打印机上进行性能测试,其尺寸收缩率小于0 .4%。
实施例5:
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材,主要由以下重量份数的原料制成:聚合度700-850的聚氯乙烯树脂 30、聚合度1000-1100聚氯乙烯树脂20、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物15、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物10、氮化硅10、云母10、滑石粉15、锌基热稳定剂 10、辛基硫醇锡5、硅烷偶联剂1、马来酸酐0.5、硬脂酸钠0 .3。
3D打印聚氯乙烯高分子改性线材制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将锌基热稳定剂、辛基硫醇锡、硅烷偶联剂、马来酸酐、硬脂酸钠,加热搅拌至150℃,搅拌速度60 转/ 分,升温速度8 ~ 10℃ / 分,搅拌30min;
(2)将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氯乙烯树脂、云母、氮化硅和滑石粉投入高速混合机中,转速为400转/分,升温至100℃,搅拌30min,转速调至600转/分,加入步骤(1)混合物,升温至120℃后转入冷却混合机,冷却至30-60℃;
(3)加入双螺杆挤出造粒机,机筒四段温度分别为:Ⅰ区100 ~ 110℃,Ⅱ区110 ~120℃,Ⅲ区120 ~ 130℃,Ⅳ区120 ~ 130℃,模头温度为125 ~ 130℃,螺杆转速50 ~80rpm ;物料经挤出机塑化造粒冷却至40 ~ 50℃;
(4)将步骤(3)的粒料经过单螺杆机挤出为3mm的线材。
抗冲击强度150J/m,热变形温度为83℃,熔融指数为9g/10min,将该线材在3D打印机上进行性能测试,其尺寸收缩率小于0 .4%。
应该理解以上的叙述对于如权利要求所阐述的本发明仅仅是示例和说明性的,并非对其加以限制。根据本文所披露的本发明的内容,本发明的其它实施方案对于本领域的技术人员来说是显而易见的。应该指出的是本说明书和实施例仅应被看做为示例,本发明的实际范围和精神应由权利要求确定。

Claims (1)

1.3D打印聚氯乙烯高分子改性线材,其特征在于:所述聚氯乙烯高分子改性线材由以下重量份数的原料制成:聚合度700-850的聚氯乙烯树脂 30、聚合度1000-1100聚氯乙烯树脂20、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物15、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物10、氮化硅10、云母10、滑石粉15、锌基热稳定剂 10、辛基硫醇锡5、硅烷偶联剂1、马来酸酐0.5、硬脂酸钠0 .3;
所述3D打印聚氯乙烯高分子改性线材制备方法,包括以下步骤:
(1)将锌基热稳定剂、辛基硫醇锡、硅烷偶联剂、马来酸酐、硬脂酸钠,加热搅拌至150℃,搅拌速度60 转/ 分,升温速度8 ~ 10℃ / 分,搅拌30min;
(2)将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氯乙烯树脂、云母、氮化硅和滑石粉投入高速混合机中,转速为400转/分,升温至90-100℃,搅拌30min,转速调至600转/分,加入步骤(1)混合物,升温至120℃后转入冷却混合机,冷却至30-60℃;
(3)加入双螺杆挤出造粒机,机筒四段温度分别为:Ⅰ区100 ~ 110℃,Ⅱ区110 ~ 120℃,Ⅲ区120 ~ 130℃,Ⅳ区120 ~ 130℃,模头温度为125 ~ 130℃,螺杆转速50 ~80rpm ;物料经挤出机塑化造粒冷却至40 ~ 50℃;
(4)将步骤(3)的粒料经过单螺杆机挤出为3mm的线材。
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