[发明专利]一种聚苯乙烯/石墨烯3D打印线材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚苯乙烯/石墨烯3D打印线材及其制备方法，由如下重量份数的组分组成：高抗冲聚苯乙烯60‑79份、聚苯醚10‑30份、增韧剂4‑10份、石墨烯0.1‑10份、偶联剂0.1‑0.5份。本发明经过大量实验筛选了聚苯乙烯，聚苯乙烯质量轻，打印精细度高，但是聚苯乙烯的强度低，耐热性差，无导电性，导热性能限制了聚苯乙烯的应用，添加聚苯醚可以有效的提高聚苯乙烯材料的耐热稳定性和强度，添加石墨烯又赋予了聚苯乙烯导电和导热性能，在打印成型过程可以有效提高之间内部的热传递，可以减少由于制件温度不均匀造成的开裂现象；由于采用了聚苯乙烯为主要基体本发明提供的线材具有较好的打印精细度，喷头吐料流畅、均匀。

技术领域

本发明涉及3D打印材料的制备领域，具体来说，涉及一种具有高刚韧平衡、耐热、低翘曲、防开裂、导电和导热性能的聚苯乙烯/石墨烯3D打印线材及其制备方法。

背景技术

3D打印(增材制造)技术是第三次工业革命最具代表性的技术之一，将推动整个社会的产业变革。目前，熔融沉积成型(FDM)3D打印技术是最普及的3D打印技术，但3D打印材料的开发限制了相关产业的发展。

聚苯乙烯作为3D打印材料使用时，具有成本低廉、打印精细度高的特点。中国专利CN104744869A将HIPS加入环保颜料、助剂制成3D打印材料，该专利所得材料的强度偏低、韧性较差、耐热性能不佳，且不具备导电、导热性能。中国专利CN106905628A将聚苯乙烯、填料、增韧剂、抗氧剂等共混后经双螺杆挤出机挤出得到韧性较好的3D打印聚苯乙烯材料，但该材料仍存在强度偏低、耐热性能较低等缺点，且不具备导电和导热性能。石墨烯与聚苯乙烯相容性佳，能赋予高分子材料导电、导热和更高的机械性能，而聚苯乙烯能赋予石墨烯优良的成型和打印性能，因此将石墨烯与聚苯乙烯复合制备3D打印材料具有独特的优势。中国专利CN105504565A将经改性的石墨烯与聚苯乙烯复合制备了3D打印材料，但该专利所得材料的强度偏低、韧性较差、耐热性能欠佳、抗蠕变性差、耐腐蚀性差。

聚苯醚由于其刚性大、耐热性能好、耐溶剂腐蚀性能好、抗蠕变性能好、可以与聚苯乙烯无限相容等优点，可以提高聚苯乙烯的强度、耐热等性能，中国专利CN10604674A公开了一种3D由聚苯醚、ABS、HIPS三种材料共混挤出制备的打印材料，但由该3D打印材料打印的制件易发生翘曲、开裂等缺点，并且不具有导电和导热性能。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种聚苯乙烯/石墨烯3D打印线材及其制备方法。

本发明实现上述目的技术方案是：

一种聚苯乙烯/石墨烯3D打印线材，由如下重量份数的组分组成：

高抗冲聚苯乙烯(HIPS)60-79份、聚苯醚(PPO)10-30份、增韧剂4-10份、石墨烯0.1-10份、偶联剂0.1-0.5份；

作为优选的，在上述的聚苯乙烯/石墨烯3D打印线材中，所述高抗冲聚苯乙烯的重均分子量≥100000，分子量分布≤2.5，熔融指数为3.5-6.5g/10min，200℃/5Kg。最佳的高抗冲聚苯乙烯的重均分子量≥200000，分子量分布≤2.2，熔融指数为5g/10min，200℃/5Kg。控制HIPS的重均分子量和分子量分布，能使其实现较好的3D打印性能；控制HIPS的熔融指数，能提高其加工和打印稳定性。

作为优选的，在上述的聚苯乙烯/石墨烯3D打印线材中，所述聚苯醚特性粘度为35-50，重均分子量为40000-50000，熔融指数2-13g/10min，280℃/5Kg。最佳的聚苯醚的特性粘度为45-50，重均分子量为22000-57000，熔融指数4-6g/10min，280℃/5Kg。控制PPO的重均分子量，能使其更适合3D打印；控制PPO的熔融指数和特性粘度，能提高其加工和打印稳定性。