一种增材制造用纤维增强ABS材料及其制备方法与流程

一种增材制造用纤维增强abs材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种增材制造用纤维增强abs材料及其制备方法。

背景技术：

2.由于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)材料在应用于fdm工艺时，由于韧性不够、流动性较差、成型过程中不均匀收缩以及材料冷却成型后抗挠曲性能较差，导致翘曲、开裂等问题的存在，现有fdm改性材料技术主要集中在桌面机fdm设备用的丝材，桌面机由于空间较小，便于进行环境工艺控制，因此对材料本身的要求较低，改性后的材料抗弯折性能也较差。
3.而且由于fdm本身工艺特点限制导致整个打印件机械性能是各向异性的，尤其是弯曲性能(机械性能受打印方向影响，沿打印方向机械性能最好，垂直打印方向机械性能最差，弯曲性能差值一般大于15％以上)，因此限制了其在工业领域的应用。

技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种增材制造用纤维增强abs材料及其制备方法，用以解决现有fdm打印过程采用abs材料出现的流动性差、易断料、打印制件翘曲变形大、开裂、机械性能各向异性严重的技术问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明公开了一种增材制造用纤维增强abs材料，以质量份数计，原料包括：abs颗粒50-90份，玻璃纤维1-30份，san树脂5-30份，环氧树脂1-10份，偶联剂不超过1份，抗氧化剂0.1-3份，相容剂0.5-5份；
7.其中，所述环氧树脂为e51、e44、e20、e12中的一种或几种。
8.进一步地，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂264中的一种或多种；所述玻璃纤维为玻璃纤维t439、连续玻璃ect10l-4800、玻璃纤维t442。
9.进一步地，所述相容剂为abs-g-mah、mbs、sma、相容剂58816中的一种或多种。
10.本发明还公开了上述增材制造用纤维增强abs材料的制备方法，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，包括以下步骤：
11.s1：将abs颗粒与玻璃纤维采用挤出机挤出，随后进行冷却处理，再进行切粒，得到纤维母料；
12.s2：将abs颗粒、纤维母料、san树脂、环氧树脂、偶联剂、抗氧化剂、和相容剂混合均匀，得到abs混合树脂；
13.s3：将abs混合树脂采用挤出机挤出，随后进行冷却处理，进行切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料；
14.当玻璃纤维为玻璃纤维t439或玻璃纤维t442时，包括以下步骤：
15.s11：将abs颗粒、玻璃纤维、san树脂、环氧树脂、偶联剂、抗氧化剂、和相容剂混合均匀，得到abs混合树脂；
16.s22：将abs混合树脂采用挤出机挤出，随后进行冷却处理，进行切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料。
17.进一步地，所述挤出机为双螺杆双挤出机，所述冷却处理的方式为水冷和风冷。
18.进一步地，所述挤出机具有10段输送段，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，s1中，所述玻璃纤维在第5段输送段中加入。
19.进一步地，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，s1中，所述挤出时的温度为160～230℃，转速为50～150r/min。
20.进一步地，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，s2中，将abs颗粒、纤维母料、san树脂、环氧树脂、偶联剂、抗氧化剂、和相容剂采用高速混合机混合均匀；当玻璃纤维为玻璃纤维t439或玻璃纤维t442时，s11中，将abs颗粒、玻璃纤维、san树脂、环氧树脂、偶联剂、抗氧化剂和相容剂采用高速混合机混合均匀。
21.进一步地，所述高速混合机的温度为50～150℃，转速为500～1000r/min，混合时间为5～10min。
22.进一步地，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，s3中，所述挤出时的温度为160～230℃，转速100～300r/min；当玻璃纤维为玻璃纤维t439或玻璃纤维t442时，s22中，所述挤出时的温度为160～230℃，转速100～300r/min。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.本发明公开了一种增材制造用纤维增强abs材料，其成分包括abs颗粒、玻璃纤维、san树脂5-30份、环氧树脂、偶联剂、抗氧化剂和相容剂，其中，环氧树脂为e51、e44、e20、e12中的一种或几种，由于加入了玻璃纤维，能明显降低翘曲量，由于加入san树脂，抗弯折能力明显提高，将本发明制备得到的纤维增强abs材料用于增材制造时，得到的打印件各向异性性明显降低，对于gf增强树脂基复合材料，只有当树脂与gf的界面粘结力足够大时才能使gf的增强效果充分显示出来，否则，随着外力的增大，复合材料很容易从树脂基体与gf的界面处遭到破坏，增强效果则不明显。向材料体系中加入相容剂和偶联剂后，打印件的拉伸强度有所提高，而且拉伸强度的各向异性程度有所减弱，gf在abs基体中分散更加均匀，提高了gf和abs的相容性。纤维和树脂良好的界面结合力使得复合材料从abs与gf的界面遭到破坏所需要的外力有所提高，因此打印件的力学性能有所提高。通过观察打印件断口在sem下的表面形貌，可以看出添加偶联剂之后，打印件的孔隙率明显降低，这也是打印件力学性能有所提高的原因所在。
25.本发明还公开了上述增材制造用纤维增强abs材料的制备方法，该方法采用的原料成本较低，、操作简单，可产业化生产，具有广泛的应用前景。
附图说明
26.图1为未加偶联剂的gf改性abs材料打印件断口形貌；
27.图2为添加偶联剂的gf改性abs材料打印件断口形貌；
28.其中：a-平行打印方向；b-垂直打印方向
具体实施方式
29.为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
30.本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
31.本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
32.本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由
……
组成”和“主要由
……
组成”的意思，例如“a包含a”涵盖了“a包含a和其他”和“a仅包含a”的意思。
33.本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
34.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
35.下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
36.实施例1
37.一种增材制造用纤维增强abs材料，包括以下步骤：
38.s1：以质量份数计，将干燥充分的abs颗粒与连续玻璃(ect10l-4800)用双螺杆双挤出机挤出，所述双螺杆双挤出机具有10段输送段，所述玻璃纤维在第5段输送段中加入，所述输送段各段的温度为t1＝180℃、t2＝220℃、t3＝230℃、t4＝230℃、t5＝230℃、t6＝225℃、t7＝225℃、t8＝225℃、t9＝225℃、t
10
＝225℃，螺杆的转速为130r/min，挤出后通过水冷+风冷，用切粒机切粒，得到纤维母料，玻纤含量为12％；
39.s2：将61份干燥充分的abs颗粒、9份纤维母料(由母料换算添加)、25份san树脂、1份环氧树脂、0.5份偶联剂(kh550)、0.5份抗氧剂(1010)和2份相容剂(58816)加入高速混合机种混合均匀，得到abs混合树脂，所述高速混合机的温度为70℃，转速为700r/min，混合时间为5min；
40.s3：将abs混合树脂采用双螺杆双挤出机挤出，各段温度为，t1＝180℃、t2＝220℃、t3＝230℃、t4＝230℃、t5＝230℃、t6＝220℃、t7＝225℃、t8＝225℃、t9＝222℃、t10＝215
℃，螺杆转速为300r/min，挤出后通过水冷+风冷，用切粒机切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料。
41.实施例2
42.一种增材制造用纤维增强abs材料，包括以下步骤：
43.s1：以质量份数计，将干燥充分的abs颗粒与连续玻璃(ect10l-4800)纤维用双螺杆双挤出机挤出，所述双螺杆双挤出机具有10段输送段，所述玻璃纤维在第5段输送段中加入，所述输送段各段的温度为t1＝180℃、t2＝220℃、t3＝230℃、t4＝230℃、t5＝230℃、t6＝225℃、t7＝225℃、t8＝225℃、t9＝225℃、t
10
＝225℃，螺杆的转速为130r/min，挤出后通过水冷+风冷，用切粒机切粒，得到纤维母料，玻纤含量为19％；
44.s2：将70份干燥充分的abs颗粒、5份纤维母料(由母料换算添加)、20份san树脂、1份环氧树脂、0.5份偶联剂kh560)、0.5份抗氧剂(168)和3份相容剂(abs-g-mah)加入高速混合机种混合均匀，得到abs混合树脂，所述高速混合机的温度为70℃，转速为600r/min，混合时间为5min；
45.s3：将abs混合树脂采用双螺杆双挤出机挤出，各段温度为，t1＝180℃、t2＝220℃、t3＝230℃、t4＝230℃、t5＝230℃、t6＝220℃、t7＝225℃、t8＝225℃、t9＝222℃、t10＝215℃，螺杆转速为300r/min，挤出后通过水冷+风冷，用切粒机切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料。
46.实施例3
47.一种增材制造用纤维增强abs材料，包括以下步骤：
48.将75份干燥充分的abs颗粒、1份玻璃纤维(t439)、20份san树脂、1份环氧树脂、0.5份偶联剂(kh560)、0.5份抗氧剂(168)和2份相容剂(abs-g-mah)加入高速混合机种混合均匀，得到abs混合树脂，所述高速混合机的温度为50℃，转速为1000r/min，混合时间为5min；
49.将abs混合树脂采用双螺杆双挤出机挤出，各段温度为，t1＝185℃、t2＝220℃、t3＝230℃、t4＝230℃、t5＝230℃、t6＝220℃、t7＝225℃、t8＝225℃、t9＝225℃、t10＝215℃，螺杆转速为300r/min，挤出后通过水冷+风冷，用切粒机切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料。
50.实施例4
51.一种增材制造用纤维增强abs材料，包括以下步骤：
52.将70份干燥充分的abs颗粒、3份玻璃纤维(t442)、20份san树脂、1.5份环氧树脂、1份偶联剂(kh550)、0.5份抗氧剂(168)和4份相容剂(sma)加入高速混合机种混合均匀，得到abs混合树脂，所述高速混合机的温度为150℃，转速为600r/min，混合时间为10min；
53.将abs混合树脂采用双螺杆双挤出机挤出，各段温度为，t1＝180℃、t2＝220℃、t3＝230℃、t4＝230℃、t5＝230℃、t6＝220℃、t7＝225℃、t8＝225℃、t9＝222℃、t10＝215℃，螺杆转速为100r/min，挤出后通过水冷+风冷，用切粒机切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料。
54.实施例5
55.一种增材制造用纤维增强abs材料，包括以下步骤：
56.将70份干燥充分的abs颗粒、2份玻璃纤维(t439)、25份san树脂、1份环氧树脂、0.5份偶联剂(kh550)、0.5份抗氧剂(168)和1份相容剂(58816)加入高速混合机种混合均匀，得
到abs混合树脂，转速为700r/min，混合时间为10min；
57.将abs混合树脂采用双螺杆双挤出机挤出，各段温度为，t1＝190℃、t2＝220℃、t3＝230℃、t4＝230℃、t5＝230℃、t6＝220℃、t7＝225℃、t8＝225℃、t9＝225℃、t10＝220℃，螺杆转速为250r/min，挤出后通过水冷+风冷，用切粒机切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料。
58.实施例6
59.一种增材制造用纤维增强abs材料，包括以下步骤：
60.将50份干燥充分的abs颗粒、30份玻璃纤维(t439)、5份san树脂、10份环氧树脂、0.5份偶联剂(kh550)、0.5份抗氧剂(168)和4份相容剂(58816)加入高速混合机种混合均匀，得到abs混合树脂，转速为700r/min，混合时间为10min；
61.将abs混合树脂采用双螺杆双挤出机挤出，各段温度为，t1＝190℃、t2＝220℃、t3＝230℃、t4＝230℃、t5＝230℃、t6＝220℃、t7＝225℃、t8＝225℃、t9＝225℃、t10＝220℃，螺杆转速为250r/min，挤出后通过水冷+风冷，用切粒机切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料。
62.实施例7
63.一种增材制造用纤维增强abs材料，包括以下步骤：
64.将60份干燥充分的abs颗粒、1份玻璃纤维(t439)、30份san树脂、1份环氧树脂、1份偶联剂(kh550)、2份抗氧剂(264)和5份相容剂(mbs)加入高速混合机种混合均匀，得到abs混合树脂，转速为700r/min，混合时间为10min；
65.将abs混合树脂采用双螺杆双挤出机挤出，各段温度为，t1＝190℃、t2＝220℃、t3＝230℃、t4＝230℃、t5＝230℃、t6＝220℃、t7＝225℃、t8＝225℃、t9＝225℃、t10＝220℃，螺杆转速为300r/min，挤出后通过水冷+风冷，用切粒机切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料。
66.图1和图2分别为未添加偶联剂的gf改性abs材料打印件断口形貌、添加偶联剂的gf改性abs材料打印件断口形貌，从图中可以看出，向材料体系中加入相容剂和偶联剂后，打印件的拉伸强度有所提高，而且拉伸强度的各向异性程度有所减弱，gf在abs基体中分散更加均匀，提高了gf和abs的相容性，添加偶联剂之后，打印件的孔隙率明显降低，这也是打印件力学性能有所提高的原因所在。
67.将实施例1和实施例2得到的增材制造用纤维增强abs材料采用打印设备打印试验样件，试验样件分为两种：
68.1)、翘曲率测试，打印一个长*宽*高＝300mm*50mm*150mm的单壁，打印参数为线宽4mm，层厚1.5mm，打印温度210℃，打印速度30mm/s，以单壁螺旋方式打印，打印完成后垂直压住一端，用塞尺测量另一端的翘曲量。
69.2)、机械性能测试，机械性能测试分为2种，即沿打印方向的机械性能及垂直打印方向的机械性能，具体模型为长*宽*高＝220mm*220mm*220mm，打印参数为线宽10mm，层厚3mm，打印温度205℃，打印速度30mm/s，以单壁螺旋方式打印，将打印完成的样件以拉伸性能——gb/t1040，弯曲性能——gb/t9341的尺寸标准分别按沿打印方向及垂直打印方向进行机械加工以去除台阶及毛刺，并将加工好的样件按标准要求进行测试，得到的实验数据如表1和表2所示：
70.以不同实施例得到的增材制造用纤维增强abs材料采用打印设备打印试验样件，得到的实验数据如表1～表5所示，由表中的数据可以看出，打印件各向异性性明显降低，抗弯折能力、降低翘曲量明显提高。本发明实施例制备得到的abs改性材料对于fdm打印工艺来说，各方面性能较为均衡，比abs原料更适合fdm打印工艺，起到了有益的作用。
71.表1：实施例1得到的增材制造用纤维增强abs材料的实验数据
[0072][0073]
表2：实施例2得到的增材制造用纤维增强abs材料的实验数据
[0074][0075]
表3：实施例3得到的增材制造用纤维增强abs材料的实验数据
[0076][0077]
表4：实施例4得到的增材制造用纤维增强abs材料的实验数据
[0078][0079]
表5：实施例5得到的增材制造用纤维增强abs材料的实验数据
[0080]
[0081]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

技术特征：

1.一种增材制造用纤维增强abs材料，其特征在于，以质量份数计，原料包括：abs颗粒50-90份，玻璃纤维1-30份，san树脂5-30份，环氧树脂1-10份，偶联剂不超过1份，抗氧化剂0.1-3份，相容剂0.5-5份；其中，所述环氧树脂为e51、e44、e20、e12中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的一种增材制造用纤维增强abs材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂264中的一种或多种；所述玻璃纤维为玻璃纤维t439、连续玻璃ect10l-4800、玻璃纤维t442。3.根据权利要求2所述的一种增材制造用纤维增强abs材料，其特征在于，所述相容剂为abs-g-mah、mbs、sma、相容剂58816中的一种或多种。4.权利要求3所述的一种增材制造用纤维增强abs材料的制备方法，其特征在于，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，包括以下步骤：s1：将abs颗粒与玻璃纤维采用挤出机挤出，随后进行冷却处理，再进行切粒，得到纤维母料；s2：将abs颗粒、纤维母料、san树脂、环氧树脂、偶联剂、抗氧化剂、和相容剂混合均匀，得到abs混合树脂；s3：将abs混合树脂采用挤出机挤出，随后进行冷却处理，进行切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料；当玻璃纤维为玻璃纤维t439或玻璃纤维t442时，包括以下步骤：s11：将abs颗粒、玻璃纤维、san树脂、环氧树脂、偶联剂、抗氧化剂、和相容剂混合均匀，得到abs混合树脂；s22：将abs混合树脂采用挤出机挤出，随后进行冷却处理，进行切粒，得到一种增材制造用纤维增强abs材料。5.根据权利要求4所述的一种增材制造用纤维增强abs材料的制备方法，其特征在于，所述挤出机为双螺杆双挤出机，所述冷却处理的方式为水冷和风冷。6.根据权利要求4所述的一种增材制造用纤维增强abs材料的制备方法，其特征在于，所述挤出机具有10段输送段，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，s1中，所述玻璃纤维在第5段输送段中加入。7.根据权利要求4所述的一种增材制造用纤维增强abs材料的制备方法，其特征在于，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，s1中，所述挤出时的温度为160～230℃，转速为50～150r/min。8.根据权利要求4所述的一种增材制造用纤维增强abs材料的制备方法，其特征在于，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，s2中，将abs颗粒、纤维母料、san树脂、环氧树脂、偶联剂、抗氧化剂、和相容剂采用高速混合机混合均匀；当玻璃纤维为玻璃纤维t439或玻璃纤维t442时，s11中，将abs颗粒、玻璃纤维、san树脂、环氧树脂、偶联剂、抗氧化剂和相容剂采用高速混合机混合均匀。9.根据权利要求8所述的一种增材制造用纤维增强abs材料的制备方法，其特征在于，所述高速混合机的温度为50～150℃，转速为500～1000r/min，混合时间为5～10min。10.根据权利要求4所述的一种增材制造用纤维增强abs材料的制备方法，其特征在于，当玻璃纤维为连续玻璃ect10l-4800时，s3中，所述挤出时的温度为160～230℃，转速100～
300r/min；当玻璃纤维为玻璃纤维t439或玻璃纤维t442时，s22中，所述挤出时的温度为160～230℃，转速100～300r/min。

技术总结

本发明公开了一种增材制造用纤维增强ABS材料及其制备方法，属于增材制造技术领域。所述增材制造用纤维增强ABS材料，其成分以质量份数计，成分包括：ABS颗粒50-90份，玻璃纤维1-30份，SAN树脂5-30份(苯乙烯丙烯腈共聚物)，环氧树脂1-10份，偶联剂不超过1份，抗氧化剂0.1-3份，相容剂0.5-5份；得到的增材制造用纤维增强ABS材料的抗弯折能力明显提高，将本发明制备得到的纤维增强ABS材料用于增材制造时，得到的打印件各向异性性明显降低，制备方法采用的原料成本较低，操作简单，可产业化生产，具有广泛的应用前景。广泛的应用前景。广泛的应用前景。