一种掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS材料及其制备方法，所述制备方法为将干燥后的SBS和ABS与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、石墨烯纳米片以及氧化铝纳米颗粒，混合，加热后经螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。本发明所制备得到的3D打印用改性ABS材料不易出现翘曲、开裂，遇冷收缩性能得到显著改善。

权利要求

1.一种掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为将干燥后的SBS和ABS与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、氧化铝纳米颗粒以及石墨烯纳米片，混合，加热后经螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

2.根据权利要求1所述的3D打印用改性ABS材料的制备方法，其特征在于，SBS和ABS的质量比为1-5：5-10。

3.根据权利要求1所述的3D打印用改性ABS材料的制备方法，其特征在于，SBS和ABS的质量比为2-4：6-8。

4.根据权利要求1-3任一项所述的3D打印用改性ABS材料的制备方法，其特征在于，相对100质量份ABS，石墨烯纳米片的加入量为1-5份。

5.根据权利要求1-3任一项所述的3D打印用改性ABS材料的制备方法，其特征在于，相对100质量份ABS，玻璃纤维的量为5-20份。

6.根据权利要求1-3任一项所述的3D打印用改性ABS材料的制备方法，其特征在于，相对100质量份ABS，氧化铝纳米颗粒的加入量为1-5份，其粒径为0.1-5nm。

7.根据权利要求5所述的3D打印用改性ABS材料的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维为纳米级玻璃纤维，其直径为10-100nm。

8.根据权利要求1-3任一项所述的掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS材料的制备方法，其特征在于，相对100质量份ABS，所述表面活性剂的加入量为1-5份。

9.根据权利要求1所述的3D打印用改性ABS材料的制备方法，其特征在于，所述加热温度为150-250℃。

10.权利要求1-9任一项方法所制备得到的3D打印用改性ABS材料。

说明书

一种掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS

材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 3D打印(3DP)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。

[0003] 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。

[0004] 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、聚乳酸、ABS树脂、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀氧化铝、镀金、橡胶类材料。

[0005] 其中，ABS树脂是最早用于熔融沉积成型(FDM)技术的材料，该材料的打印温度为 210-260℃，玻璃化转化温度为105℃，其具有很多优点，如强度较高，韧性较好，耐冲击，绝缘性号，抗腐蚀，耐低温，然而ABS打印时需要加热，同时该材料遇冷收缩性很明显，容易出现翘曲、开裂等质量问题。

发明内容

[0006] 本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种制备方法简单，制备得到的改性 ABS材料性能优异的掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS材料的制备方法。

[0007] 本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，提供一种不易出现翘曲、开裂，遇冷收缩性能得到显著改善的掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS材料。

[0008] 本发明的技术方案在于提供一种掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS 材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为将干燥后的SBS和ABS与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、石墨烯纳米片以及氧化铝纳米颗粒，混合，加热后螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0009] 本发明进一步包括以下优选的技术方案：

[0010] 优选的方案中，SBS和ABS的质量比为1-5：5-10。

[0011] SBS和ABS的质量比进一步优选为2-4：6-8。

[0012] 优选的方案中，相对100质量份ABS，石墨烯纳米片的加入量为1-5份。

[0013] 优选的方案中，相对100质量份ABS，玻璃纤维的量为5-20份。

[0014] 优选的方案中，相对100质量份ABS，玻璃纤维的量为5-10份。

[0015] 优选的方案中，相对100质量份ABS，氧化铝纳米颗粒的加入量为1-5份，其粒径为 0.1-5nm。

[0016] 优选的方案中，所述玻璃纤维为纳米级玻璃纤维，其直径为10-100nm。

[0017] 优选的方案中，相对100质量份ABS，所述表面活性剂的加入量为1-5份。

[0018] 优选的方案中，所述加热温度为150-250℃。

[0019] 所述干燥温度优选为50-80℃，干燥方式为真空干燥。

[0020] 上述制备方法所制备得到的掺石墨烯纳米片及氧化铝纳米颗粒的3D打印用改性ABS材料。

[0021] 与现有技术相比，本发明的优点在于：

[0022] 1、3D打印用ABS材料中，单纯添加玻璃纤维易造成各项异性，使材料的热传导能力不均匀。且纤维与纤维之间一般是点接触，不利于热量传输。添加一定比例的高导热石墨烯纳米片和氧化铝纳米颗粒，石墨烯纳米片和氧化铝纳米颗粒分散并吸附在纤维表面，呈现点-线-面接触，增强了复合材料内部的导热通道，同时由于纳米材料的高比表面积，还能增强纤维填料与ABS基体之间的界面粘结力，减小复合材料内部的界面热阻。

[0023] 2、通过SBS+ABS+玻璃纤维+石墨烯纳米片+氧化铝纳米颗粒的结合，不仅大大减少了玻璃纤维所需的使用量，且在很大程度上提高了ABS材料的性能。

[0024] 3、翘曲、开裂现象大量减少。

[0025] 4、遇冷收缩性能得到显著改善。

[0026] 5、本发明所得产品的发黄现象得到显著改善。

具体实施方式

[0027] 实施例1

[0028] 将SBS和ABS于65℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、石墨烯纳米片以及氧化铝纳米颗粒，混合，200℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS 材料。

[0029] 其中，

[0030] SBS 20kg

[0031] ABS 100kg

[0032] 表面活性剂 1kg

[0033] 玻璃纤维 20kg

[0034] 石墨烯纳米片 5kg

[0035] 氧化铝纳米颗粒 4kg

[0036] 实施例2

[0037] 将SBS和ABS于50℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、石墨烯纳米片以及氧化铝纳米颗粒，混合，180℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS 材料。

[0038] 其中，

[0039] SBS 40kg

[0040] ABS 100kg

[0041] 表面活性剂 1kg

[0042] 玻璃纤维 5kg

[0043] 石墨烯纳米片 2kg

[0044] 氧化铝纳米颗粒 2kg

[0045] 实施例3

[0046] 将SBS和ABS于70℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、石墨烯纳米片以及氧化铝纳米颗粒，混合，180℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS 材料。

[0047] 其中，

[0048] SBS 50kg

[0049] ABS 100kg

[0050] 表面活性剂 2kg

[0051] 玻璃纤维 10kg

[0052] 石墨烯纳米片 3.2kg

[0053] 氧化铝纳米颗粒 3kg

[0054] 实施例4

[0055] 将SBS和ABS于75℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、石墨烯纳米片以及氧化铝纳米颗粒，混合，200℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS 材料。

[0056] 其中，

[0057] SBS 30kg

[0058] ABS 100kg

[0059] 表面活性剂 2kg

[0060] 玻璃纤维 7kg

[0061] 石墨烯纳米片 3kg

[0062] 氧化铝纳米颗粒 2kg

[0063] 实施例5

[0064] 将SBS和ABS于50℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、石墨烯纳米片以及氧化铝纳米颗粒，混合，220℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS 材料。

[0065] 其中，

[0066] SBS 50kg

[0067] ABS 100kg

[0068] 表面活性剂 5kg

[0069] 玻璃纤维 20kg

[0070] 石墨烯纳米片 2.5kg

[0071] 氧化铝纳米颗粒1kg

[0072] 实施例6

[0073] 将SBS和ABS于80℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、石墨烯纳米片以及氧化铝纳米颗粒，混合，200℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS 材料。

[0074] 其中，

[0075] SBS 50kg

[0076] ABS 100kg

[0077] 表面活性剂 5kg

[0078] 玻璃纤维 15kg

[0079] 石墨烯纳米片 3kg

[0080] 氧化铝纳米颗粒 2kg

[0081] 实施例7

[0082] 将SBS和ABS于55℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维、石墨烯纳米片以及氧化铝纳米颗粒，混合，250℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS 材料。

[0083] 其中，

[0084] SBS 50kg

[0085] ABS 100kg

[0086] 表面活性剂 5kg

[0087] 玻璃纤维 8kg

[0088] 石墨烯纳米片 5kg

[0089] 氧化铝纳米颗粒 4kg

[0090] 对比例1

[0091] 将SBS和ABS于55℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入石墨烯纳米片，混合，250℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0092] 其中，

[0093] SBS 50kg

[0094] ABS 100kg

[0095] 表面活性剂 5kg

[0096] 石墨烯纳米片 10kg

[0097] 氧化铝纳米颗粒 0.5kg

[0098] 对比例2

[0099] 将SBS和ABS于65℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维，混合，200℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0100] 其中，

[0101] SBS 20kg

[0102] ABS 100kg

[0103] 表面活性剂 0.5kg

[0104] 玻璃纤维 30kg

[0105] 氧化铝纳米颗粒 8kg

[0106] 对比例3

[0107] 将ABS于65℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维以及石墨烯纳米片，混合，200℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0108] 其中，

[0109] ABS 100kg

[0110] 表面活性剂 1kg

[0111] 玻璃纤维 40kg

[0112] 石墨烯纳米片 10kg

[0113] 对比例4

[0114] 将SBS于50℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维以及石墨烯纳米片，混合，180℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0115] 其中，

[0116] ABS 100kg

[0117] 表面活性剂 1kg

[0118] 玻璃纤维 10kg

[0119] 石墨烯纳米片 10kg

[0120] 对比例5

[0121] 将SBS和ABS于65℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维以及石墨烯纳米片，混合，200℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0122] 其中，

[0123] SBS 200kg

[0124] ABS 100kg

[0125] 表面活性剂 1kg

[0126] 玻璃纤维 20kg

[0127] 石墨烯纳米片 0.5kg

[0128] 对比例6

[0129] 将SBS和ABS于65℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维以及石墨烯纳米片，混合，200℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0130] 其中，

[0131] SBS 20kg

[0132] ABS 100kg

[0133] 表面活性剂 1.5kg

[0134] 玻璃纤维 20kg

[0135] 石墨烯纳米片 0.5kg

[0136] 对比例7

[0137] 将SBS和ABS于75℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维以及石墨烯纳米片，混合，200℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0138] 其中，

[0139] SBS 45kg

[0140] ABS 100kg

[0141] 表面活性剂 10kg

[0142] 玻璃纤维 25kg

[0143] 石墨烯纳米片 4kg

[0144] 对比例8

[0145] 将SBS和ABS于55℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维以及石墨烯纳米片，混合，250℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0146] 其中，

[0147] SBS 50kg

[0148] ABS 100kg

[0149] 表面活性剂 5kg

[0150] 玻璃纤维 25kg

[0151] 石墨烯纳米片 10kg

[0152] 对比例9

[0153] 将SBS和ABS于65℃加热，真空干燥，与表面活性剂混合均匀；然后加入玻璃纤维，混合，200℃加热后通过螺杆挤出，干燥，得到改性后的ABS材料。

[0154] 其中，

[0155] SBS 20kg

[0156] ABS 100kg

[0157] 表面活性剂 0.5kg

[0158] 玻璃纤维 25kg

[0159] 以实施例1-6以及对比例1-8所述产品作为3D打印原料制备得到十批次成品，其翘曲和开裂性能如表1所示：

[0160]

[0161]

[0162] 表1