3D打印用ABS的三大得力助手

http://www.plas.hc360.com2018年09月13日13:43 来源:化工新材料T|T

    慧聪塑料网讯:

    3D打印,又称增材制造,是目前新兴的一种材料快速成型技术。熔融沉积成型(FDM)是3D打印技术中比较重要的一种技术,其可将高分子材料丝材选择性地涂敷在工作台上,快速冷却后形成一层截面,一层成型完成后,机器工作台下降一个高度再涂覆下一层,直至形成整个三维造型。

    丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)是FDM第二大应用量的耗材,它具有较高的强韧结合性,在模型设计领域得到广泛的应用。但其具有较高的收缩率及内应力,会在打印过程中导致打印制品发生翘曲变形甚至开裂,并且ABS的耐热性不高,又限制了其在较高温度环境下使用。

    为改善ABS的3D打印性能,采用三大助手[硅烷偶联剂改性空心玻璃微珠(HGB)、聚碳酸酯(PC)、相容剂马来酸酐接枝ABS]助力ABS,以HGB为主要填料,辅助以PC和ABS-g-MAH,对ABS进行了改性。

    三大助手助力ABS的常规性能

    第一助手:HGB

    HGB具有中空、质轻、耐高温等优点,它可作为无机填料用于塑料改性,能够显著降低塑料成本,还可改善塑料的加工流动性能,提高强度和刚性,降低收缩率。以硅烷偶联剂改性的HGB为主要填料,用其降低ABS的密度并提高流动性能,同时改善ABS的其它性能。

    (1)密度和熔体流动速率(MFR)

3D打印用ABS的三大得力助手

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    (2)拉伸强度与弯曲弹性模量

3D打印用ABS的三大得力助手

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    (3)收缩率及热变形温度

3D打印用ABS的三大得力助手

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    可以看出,硅烷偶联剂改性的HGB可以降低ABS的密度和收缩率并使MFR和热变形温度提高,当HGB质量分数为8%时,ABS的拉伸强度及弯曲弹性模量均达到最大。

    第二助手:PC

    PC含有刚性分子链,具有较高的刚性和更高的热变形温度,为此,在硅烷偶联剂改性HGB质量分数为8%的基础上,添加PC对ABS进行进一步改性,主要考察PC对ABS/HGB复合材料力学性能、热变形温度及模塑收缩率的影响。

    (1)拉伸强度与弯曲弹性模量

3D打印用ABS的三大得力助手

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    (2)收缩率及热变形温度

3D打印用ABS的三大得力助手

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    可以看出,随着PC质量分数由0%增加到20%,复合材料的弯曲弹性模量、拉伸强度和热变形温度提升显著,但收缩率也有较大增加,因此在保证制品性能的基础上,不能大幅度增加PC的含量,可将PC质量分数定为5%,此时复合材料的弯曲弹性模量和拉伸强度分别达到1780,47.1MPa,热变形温度达到90℃,模塑收缩率处在可接受的水平,为0.8%。

    第三助手:ABS-g-MAH

    ABS-g-MAH中含有活性较强的酸酐基团,能在高温及剪切作用下与PC发生接枝共聚反应,并且ABS-g-MAH能够与HGB中的羟基形成键合作用,这样可使各组分能更好地相容,也使得复合材料内部网络结构更加完善。在添加质量分数8%硅烷偶联剂改性HGB及5%PC的基础上,向ABS中添加ABS-g-MAH,考察其对ABS/PC/HGB复合材料力学性能、热变形温度和模塑收缩率的影响。

    (1)拉伸强度与弯曲弹性模量

3D打印用ABS的三大得力助手

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    (2)收缩率及热变形温度

3D打印用ABS的三大得力助手

3D打印用ABS的三大得力助手

    可以看出,随着相容剂ABS-g-MAH含量的增加,复合材料的拉伸强度和弯曲弹性模量总体上有所提升,热变形温度有较大提高,而收缩率下降程度较显著。当相容剂ABS-g-MAH质量分数达到5%后,复合材料的综合性能变化不再明显,因而确定ABS-g-MAH适宜的质量分数为5%。

    三大助手助力ABS的3D打印情况

    (1)性能

3D打印用ABS的三大得力助手

3D打印用ABS的三大得力助手

    可以看出,三大助手助力后ABS打印试样的拉伸强度、弯曲弹性模量及热变形温度均有较大提高,较未助力前的打印试样分别提高了20.9%,18%,4.8%,收缩率由1%下降至0.6%,更利于FDM打印工艺。

    (2)制品

3D打印用ABS的三大得力助手

3D打印用ABS的三大得力助手

    图中左边较大的佛像为三大助手助力后ABS线材打印的佛像,其长度为205mm,宽度为190mm,高度为267mm,尺寸符合精度要求,表面无开裂。

    图中右边较小的佛像为助力前ABS线材打印的佛像,其长度为97mm,宽度为90mm,高度为121mm,其表面有开裂现象,并且如果放大尺寸,则在打印过程中底部严重翘曲,无法成型。

责任编辑:姚春林

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