[發明專利]3D打印用聚苯乙烯復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410427135.6
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104194180A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 藍碧健
• 申請（專利權）人: 太倉碧奇新材料研發有限公司
• 主分類號: C08L25/06
• 分類號: C08L25/06;C08K5/548;C08K5/1515;C08K5/092
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 成立珍

技術領域

????本發明屬于復合材料技術領域，涉及一種3D打印用聚苯乙烯復合材料及其制備方法。

背景技術

3D打印技術是一系列技術的組合，即通過一臺機器逐次添加物層的方式來制造一個物品，其組合由計算機輔助設計(CAD)、激光成型、擠出機，或能一次打印一層物質的打印機針頭構成。增材制造能一次性生成復雜的幾何物體，它的內部可以有空腔或活動部件，而傳統的機械不能勝任以這種方式進行制造。3D打印技術已經在消費品、汽車工業及航空工業等領域部分獲得應用。它對于制造新奇廉價的物品很合適，但對于生產大體積、低價格并且有足夠強度的部件而言，它的能力有限。據估計，到2030年，增材制造有望取代一些傳統的規模化生產企業，導致大量擁有現代生產能力的本地化微工廠出現，有效縮短生產周期，簡化供應鏈。

聚苯乙烯（PS）是一種熱塑性樹脂，由于其價格低廉且易加工成型，因此得以廣泛應用。聚苯乙烯有均聚物（透明粒料）或增韌接枝共聚物或與彈性體的共混體（抗沖擊聚苯乙烯IPS）形式。聚苯乙烯共聚物在物理性能和熱性能上比均聚物有所提高。這幾類聚苯乙烯有多種品級，如標準IPS和標準透明品級、抗環境應力開裂品級（ESCR）、耐紫外線級。阻燃級、耐磨級、制輕質制件的高撓性品級、可發泡品級、超初級以及低殘余揮發分品級等。聚苯乙烯樹脂用于制造日常生活中的一次性餐具、汽車部件、包裝材料、玩具、建筑材料、電器和家庭用品等。Stratasys公司發明了甲基丙烯酸-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物細絲，用于注射模制造，3D打印的溫度在200℃以上。

本發明制備的復合材料還可制成各種功能性的薄膜、涂層和復合材料，在光電材料、航空航天以及微電子封裝材料等領域獲得應用，市場前景廣闊。

發明內容

本發明屬于復合材料技術領域，涉及一種3D打印用聚苯乙烯復合材料及其制備方法。該聚苯乙烯復合材料的制備方法的特征為將烯丙基縮水甘油醚與丙酮混合，加入酒石酸，室溫攪拌，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，室溫攪拌，然后加入聚苯乙烯顆粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用聚苯乙烯復合材料。本發明制備的聚苯乙烯復合材料應用領域廣泛，包括電器、計算機、醫療、絕熱、隔音、防震材料等。

本發明提出的3D打印用聚苯乙烯復合材料，其特征在于：

①由下列重量比的原料組成：

聚苯乙烯??????????????????????????40~50%，

雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物?????5~30%，

烯丙基縮水甘油醚???????????????????5~20%，

丙酮??????????????????????????????15~30%，

酒石酸??????????????????????????????1~2%，

偶氮二咪唑啉基丙烷??????????????????1~3%。

②制備步驟如下：

1）將重均分子量為5-20萬的聚苯乙烯粉碎成100~120目的顆粒；

2）按重量配比稱取原料；

3）在氮氣氛圍下，將烯丙基縮水甘油醚與丙酮混合，加入酒石酸，室溫攪拌30~60分鐘，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，室溫攪拌60~90分鐘，然后加入聚苯乙烯顆粒，加熱至50~60℃，攪拌90~120分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚苯乙烯復合材料。

將該材料在40~50℃進行3D打印，測試成型后材料的密度、拉伸強度、彎曲強度及收縮率。

本發明的優點在于：（1）將聚苯乙烯制成100~120目的微小顆粒，使聚苯乙烯與雙-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、烯丙基縮水甘油醚、丙酮等復合，添加酒石酸、偶氮二咪唑啉基丙烷等輔助劑，配置成具有一定粘度的復合材料，在40~50℃的溫度范圍內進行3D打印，復合材料固化成型，得3D打印產品，從而實現多種工業產品的低溫打印制造。（2）本發明制備的3D打印材料是一種流體材料，打印過程不會堵塞3D打印機噴頭，適用于現有的多數3D打印機。（3）制備工藝簡單，生產成本低，便于推廣和應用。

具體實施方式

???下面通過實施例進一步描述本發明

實施例1