本发明专利技术公开了一种有机改性凹土/ABS复合材料、其制法及在3D打印中的应用。所述有机改性凹土/ABS复合材料包括按照质量百分比计算的如下组分：80％≤ABS树脂＜100％，0％＜有机改性凹土≤15％，0％＜抗氧剂≤5％；所述有机改性凹土以棒晶方式分散在ABS树脂中。本发明专利技术通过添加经过硅烷偶联剂KH‑550或者KH‑162等有机改性的有机改性凹土，能够明显地提高ABS树脂的强度、韧性和刚性，同时也能提高其耐热温度，使所获材料可以作为3D打印材料而更好地满足FDM工艺的需要，打印产品的综合性能得到明显的增强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子材料领域，特别是涉及一种有机改性凹土/ABS复合材料、其制备方法以及作为3D打印材料的应用技术。
技术介绍
3D打印，也称增材制造，属于快速成型(RP)技术的一种，是基于计算机三维CAD模型，采用逐层堆积的方式直接制造三维物理实体的方法。增材制造技术不受成型几何实体外形限制，直接将三维的立体模型加工变为平面加工，可以在一台设备上快速精密地制造出任意复杂形状和结构的零部件，从而实现“自由制造”。在目前的3D打印技术中，熔融沉积成型(FDM)是应用的最广泛并且增长速度最快的一种成型工艺。一般来讲，材料以单丝形式通过一个夹送辊系统被送进打印机中，随后在塑化腔内受热熔融，通过喷头挤出，在工作台上逐层沉积固化成型，最终制得产品。FDM作为一种基于喷射技术的成型工艺，设备简单，工艺洁净、运行成本低且不产生过多加工残留物，能够制作有较高强度的工程塑料件，因此在产品设计、测试与评估等方面得到广泛的应用。ABS树脂是由丙烯腈(A)、丁二烯(B)和苯乙烯(S)3种单体共聚的一种热塑性聚合物，其微观结构是聚丁二烯(PB)橡胶微粒分散在苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)树脂连续相中“海岛”型两相结构。ABS树脂兼具PB的韧性和低温抗冲击性，聚丙烯腈(PAN)的耐热和化学稳定性以及聚苯乙烯(PS)的刚性和光泽性，因而具有较好的耐化学药品性、尺寸稳定性、表面光泽度、耐低温特性、着色性能和加工流动性等性能，被广泛地应用于电子电器工业、轻工业、汽车工业等领域。ABS也是FDM工艺中最常用的材料之一。无机纳米粒子具有小尺寸效应、大的比表面积以及强的界面作用力，若将无机纳米粒子均匀地分散到聚合物基体中，可以将填料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及介电性等结合起来，有望获得优异的综合性能。凹凸棒粘土(也称“凹土”，ATP)是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐矿物，其价格低廉，在我国苏皖地区储量丰富。ATP的基本结构单元棒晶是一种天然的一维无机纳米材料(直径约为10-25nm，长度约为1000nm)。目前，用于复合材料增强增韧的一维纳米材料相关的研究很缺乏，人工合成的一维纳米材料(如纳米管)由于来源困难，价格太高，不利于实际应用。综上所述，开发一种适用于3D打印的有机改性凹土/ABS纳米复合材料无论对于实现FDM打印ABS制品综合性能的提高，还是对于实现ATP的高附加值开发都具有重要的理论意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种有机改性凹土/ABS复合材料、其制备方法以及作为3D打印材料的应用技术，以克服现有技术中的不足。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术实施例公开了一种有机改性凹土/ABS复合材料，包括按照质量百分比计算的如下组分：80％≤ABS树脂＜100％，0＜有机改性ATP≤15％，0＜抗氧剂≤5％；其中，所述有机改性ATP选自硅烷偶联剂改性的有机改性ATP。在一些较为具体的实施方案中，所述有机改性ATP的制备方法包括：对未改性ATP进行酸化处理后，再洗涤、干燥、破碎，之后与硅烷偶联剂进行偶联反应，再洗涤、干燥、破碎，制得所述有机改性ATP粉末。较为优选的，所述硅烷偶联剂包括硅烷偶联剂KH-550或者KH-162，但不限于此。较为优选的，所述有机改性ATP粉末的粒径为325～500目。较为优选的，所述的抗氧剂包括双酚A、双酚C的酚类或双酚类抗氧剂，二苯胺、对苯二胺的芳香胺类抗氧剂中的一种或者两种以上的组合，但不限于此。本专利技术实施例还公开了一种制备所述有机改性凹土/ABS复合材料的方法，包括：对未改性ATP进行酸化处理后，再洗涤、干燥、破碎，之后与硅烷偶联剂进行偶联反应，再洗涤、干燥、破碎，制得所述有机改性ATP粉末；将所述有机改性凹土粉末与ABS树脂、抗氧剂充分混合，制得所述有机改性凹土/ABS复合材料。在一些较为具体的实施方案中，所述的制备方法包括如下步骤：(1)将未改性的ATP分散在1～3mol/L稀盐酸溶液中进行酸化反应，反应温度为50～80℃，时间为2～4h；(2)从步骤(1)所得混合液中分离出固相物质，并洗涤至呈中性，再在80～100℃干燥12-16h，得到块状ATP固体；(3)将步骤(2)所得块状ATP固体粉碎成325～500目的ATP粉末；(4)将步骤(3)所得ATP粉末及硅烷偶联剂加入溶剂中，充分混合并进行偶联反应，
反应温度为80～100℃，时间为8～10h；(5)从步骤(4)所得混合液中分离出固相物质，充分洗涤后，在80～100℃干燥12～16h，得到块状有机改性ATP固体；(6)将步骤(5)所得块状有机改性ATP固体粉碎成325～500目的有机改性ATP粉末。在一些较为优选的实施方案中，所述的制备方法具体包括：s1、将未改性ATP溶解在1～3mol/L的稀盐酸溶液中，加热、机械搅拌进行酸化反应，反应温度为50～80℃，时间为2～4小时；s2、将步骤s1所得混合液进行抽滤，多次用去离子水洗涤、抽滤至中性(pH值约为7)，然后用乙醇洗涤多次，抽滤，在80～100℃烘箱中干燥12～16小时，得到块状ATP固体；s3、将步骤s2所得块状ATP固体进行研磨，过325～500目分样筛，得到ATP粉末；s4、将步骤s3所得ATP粉末加料至甲苯或二甲苯溶剂中，加入硅烷偶联剂，超声搅拌30～50分钟，然后加热、机械搅拌进行偶联反应，反应温度为80～100℃，时间为8～10小时；s5、将步骤s4所得混合液进行抽滤，依次用甲苯或二甲苯、去离子水和乙醇进行多次洗涤、抽滤，在80～100℃烘箱中干燥12～16小时，得到块状有机改性ATP固体；s6、将步骤s5所得块状有机改性ATP固体进行研磨，过325～500目分样筛，得到有机改性ATP粉末。在一些较为具体的实施方案中，所述的制备方法包括：将ABS树脂、有机改性ATP和抗氧剂充分混合，并通过螺杆挤出机挤出形成所述复合材料。在一些较为优选的实施方案中，所述的制备方法包括：(1)将ABS树脂、有机改性ATP和抗氧剂置于50～80℃干燥4～8h，之后置于高速混合机中，以220～260转/分钟的转速混合2～10min，得到预混物；(2)将步骤(1)所得预混物置于双螺杆挤出机中进行熔融混合，挤出，冷却，切粒，其中，双螺杆挤出机中从一区到五区及模头的温度依次为220～240℃、220～240℃、220～240℃、220～240℃、220～240℃、210～220℃，螺杆转速为30～80转/分钟。在一些较为优选的实施方案中，所述的制备方法还包括：将所述复合材料的粒料干燥后，再置于耗材挤出机中挤出，形成直径为1.75mm±0.02mm的单丝；其中，所述耗材挤出机为单螺杆挤出机，温度设定为220-240℃。在一些较为优选的实施方案中，所述的制备方法还包括：(1)将ABS树脂、有机改性ATP和抗氧剂按比例混合，将混合后原料置于50～80℃的烘箱中，干燥4～8小时；(2)将步骤(1)所得干燥后各原料组分置于高速混合机中，高速混合机转速为220～260转/分钟，时间2～10分钟，得到预混物；(3)将步骤(2)所得预混物置于双螺杆挤出机中进行熔融混合，挤出，冷却，切粒，双螺杆挤出机各段从一区到五区到模头的温度依次为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种有机改性凹土/ABS复合材料，其特征在于包括按照质量百分比计算的如下组分：80％≤ABS树脂＜100％，0＜有机改性凹土≤15％，0＜抗氧剂≤5％；其中，所述有机改性凹土选自硅烷偶联剂改性的有机改性凹土。
【技术特征摘要】
1.一种有机改性凹土/ABS复合材料，其特征在于包括按照质量百分比计算的如下组分：80％≤ABS树脂＜100％，0＜有机改性凹土≤15％，0＜抗氧剂≤5％；其中，所述有机改性凹土选自硅烷偶联剂改性的有机改性凹土。2.根据权利要求1所述的有机改性凹土/ABS复合材料，其特征在于，所述有机改性凹土的制备方法包括：对未改性凹土进行酸化处理后，再洗涤、干燥、破碎，之后与硅烷偶联剂进行偶联反应，再洗涤、干燥、破碎，制得所述有机改性凹土粉末。3.根据权利要求1或2所述的有机改性凹土/ABS复合材料，其特征在于：所述硅烷偶联剂包括硅烷偶联剂KH-550或者KH-162；和/或，所述有机改性凹土粉末的粒径为325-500目。4.根据权利要求1所述的有机改性凹土/ABS复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂包括双酚A、双酚C的酚类或双酚类抗氧剂，二苯胺、对苯二胺的芳香胺类抗氧剂中的一种或者两种以上的组合。5.如权利要求1至4中任一项所述有机改性凹土/ABS复合材料的制法，其特征在于包括：对未改性凹土进行酸化处理后，再洗涤、干燥、破碎，之后与硅烷偶联剂进行偶联反应，再洗涤、干燥、破碎，制得所述有机改性凹土粉末；将所述有机改性凹土粉末与ABS树脂、抗氧剂充分熔融混合，制得所述有机改性凹土/ABS复合材料。6.根据权利要求5所述的制法，其特征在于包括如下步骤：(1)将未改性的凹土分散在1～3mol/L稀盐酸溶液中进行酸化反应，反应温度为50～80℃，时间为2～4h；(2)从步骤(1)所得混合液中分离出固相物质，并洗涤至呈中性，再在80～100℃干燥12～16h，得到块状凹...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰华，朱丁纯，邹挺，郭建军，许高杰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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