[发明专利]3D打印用聚苯乙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于复合材料技术领域，涉及一种3D打印用聚苯乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

3D打印技术是一系列技术的组合，即通过一台机器逐次添加物层的方式来制造一个物品，其组合由计算机辅助设计(CAD)、激光成型、挤出机，或能一次打印一层物质的打印机针头构成。增材制造能一次性生成复杂的几何物体，它的内部可以有空腔或活动部件，而传统的机械不能胜任以这种方式进行制造。3D打印技术已经在消费品、汽车工业及航空工业等领域部分获得应用。它对于制造新奇廉价的物品很合适，但对于生产大体积、低价格并且有足够强度的部件而言，它的能力有限。据估计，到2030年，增材制造有望取代一些传统的规模化生产企业，导致大量拥有现代生产能力的本地化微工厂出现，有效缩短生产周期，简化供应链。

聚苯乙烯（PS）是一种热塑性树脂，由于其价格低廉且易加工成型，因此得以广泛应用。聚苯乙烯有均聚物（透明粒料）或增韧接枝共聚物或与弹性体的共混体（抗冲击聚苯乙烯IPS）形式。聚苯乙烯共聚物在物理性能和热性能上比均聚物有所提高。这几类聚苯乙烯有多种品级，如标准IPS和标准透明品级、抗环境应力开裂品级（ESCR）、耐紫外线级。阻燃级、耐磨级、制轻质制件的高挠性品级、可发泡品级、超初级以及低残余挥发分品级等。聚苯乙烯树脂用于制造日常生活中的一次性餐具、汽车部件、包装材料、玩具、建筑材料、电器和家庭用品等。Stratasys公司发明了甲基丙烯酸-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物细丝，用于注射模制造，3D打印的温度在200℃以上。

本发明制备的复合材料还可制成各种功能性的薄膜、涂层和复合材料，在光电材料、航空航天以及微电子封装材料等领域获得应用，市场前景广阔。

发明内容

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种3D打印用聚苯乙烯复合材料及其制备方法。该聚苯乙烯复合材料的制备方法的特征为将烯丙基缩水甘油醚与丙酮混合，加入酒石酸，室温搅拌，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，室温搅拌，然后加入聚苯乙烯颗粒，加热搅拌，冷却得3D打印用聚苯乙烯复合材料。本发明制备的聚苯乙烯复合材料应用领域广泛，包括电器、计算机、医疗、绝热、隔音、防震材料等。

本发明提出的3D打印用聚苯乙烯复合材料，其特征在于：

①由下列重量比的原料组成：

聚苯乙烯                          40~50%，

双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物     5~30%，

烯丙基缩水甘油醚                   5~20%，

丙酮                              15~30%，

酒石酸                              1~2%，

偶氮二咪唑啉基丙烷                  1~3%。

②制备步骤如下：

1）将重均分子量为5-20万的聚苯乙烯粉碎成100~120目的颗粒；

2）按重量配比称取原料；

3）在氮气氛围下，将烯丙基缩水甘油醚与丙酮混合，加入酒石酸，室温搅拌30~60分钟，再依次加入偶氮二咪唑啉基丙烷、双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，室温搅拌60~90分钟，然后加入聚苯乙烯颗粒，加热至50~60℃，搅拌90~120分钟，冷却至室温，得3D打印用聚苯乙烯复合材料。

将该材料在40~50℃进行3D打印，测试成型后材料的密度、拉伸强度、弯曲强度及收缩率。

本发明的优点在于：（1）将聚苯乙烯制成100~120目的微小颗粒，使聚苯乙烯与双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物、烯丙基缩水甘油醚、丙酮等复合，添加酒石酸、偶氮二咪唑啉基丙烷等辅助剂，配置成具有一定粘度的复合材料，在40~50℃的温度范围内进行3D打印，复合材料固化成型，得3D打印产品，从而实现多种工业产品的低温打印制造。（2）本发明制备的3D打印材料是一种流体材料，打印过程不会堵塞3D打印机喷头，适用于现有的多数3D打印机。（3）制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用。

具体实施方式

   下面通过实施例进一步描述本发明

实施例1