一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法，其由以下原料组成：聚苯乙烯微球100份、碳纤维球5～45份、偶联剂0.5～2.5份、抗氧剂0.2～1份、光稳剂0.2～1份、润滑剂0.4～1.2份及热稳定剂0.05～0.25份。本发明专利技术创新性地以碳纤维球改性聚苯乙烯微球，制备的复合材料具有耐热性好、力学强度大和尺寸稳定等特点，且可以大幅提高复合材料的成型速度。此外本发明专利技术所涉及的制备工艺简单且无污染，所制备的复合材料可以直接应用于模型验证等快速构建领域，制备具有一定力学强度的非外观件。

Polystyrene microsphere composite material for rapid prototyping and preparation method thereof

The invention provides a polystyrene microsphere composite material for rapid prototyping and a preparation method thereof, which is composed of the following raw materials: polystyrene microsphere 100 phr, carbon fiber sphere 5-45 phr, coupling agent 0.5-2.5 phr, antioxidant 0.2-1 phr, light stabilizer 0.2-1 phr, lubricant 0.4-1.2 phr and heat stabilizer 0.05-0.25 phr. The invention innovatively modifies polystyrene microspheres with carbon fiber balls, and the composite material has the characteristics of good heat resistance, large mechanical strength and stable size, and can greatly improve the molding speed of the composite material. In addition, the preparation process of the invention is simple and pollution-free, and the prepared composite material can be directly applied to the field of rapid construction, such as model verification, to prepare non-appearance parts with certain mechanical strength.

【技术实现步骤摘要】
一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法
本专利技术属于快速成型材料改性领域，具体涉及一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法。
技术介绍
激光烧结成型是一种以粉末材料为原料，以激光为主要光源，通过烧结形式实现三维实体构建的快速成型方式。该技术具有成型速度快、无环境污染和无需支撑组件等特点，是桌面级快速成型技术的主要方式。激光烧结成型常用原料包含树脂、金属和陶瓷等粉末类原料，其中最常用的是工程塑料类粉末材料。传统的工程塑料粉末原料由于制备方式的局限性，存在力学强度低和耐热性差等不足，且制备过程中对环境有所污染。针对这些不足，本专利技术创新性地以碳纤维球改性聚苯乙烯微球，制备了一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料。所制备的复合材料具有耐热性好、力学强度大和尺寸稳定等特点，且可以大幅提高复合材料的成型速度。此外本专利技术所涉及的制备工艺简单且无污染，所制备的复合材料可以直接应用于模型验证等快速构建领域，制备具有一定力学强度的非外观件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法，本专利技术制备的复合材料具有耐热性好、力学强度大和尺寸稳定等特点，且可以大幅提高复合材料的成型速度。此外本专利技术所涉及的制备工艺简单且无污染，所制备的复合材料可以直接应用于模型验证等快速构建领域，制备具有一定力学强度的非外观件。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料及其制备方法，其由以下重量份的组分制备而成：聚苯乙烯微球100份，碳纤维球5～45份，偶联剂0.5～2.5份，抗氧剂0.2～1份，光稳剂0.2～1份，润滑剂0.4～1.2份，热稳定剂0.05～0.25份。进一步方案，所述的聚苯乙烯微球为尺寸10μm～100μm的大分子聚苯乙烯微球。所述的碳纤维球是一种粒径为5～100μm且具有互穿结构的球状碳纤维。所述的偶联剂为马来酸酐接枝聚苯乙烯或γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。所述的抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或硫代二丙酸二月桂酸酯。所述的光稳剂为2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑或2-(2H-苯并三氮唑-2-基)对甲苯酚。所述的润滑剂为N,N'-乙撑双硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。所述的热稳定剂为季戊四醇或三羟基丙烷。本专利技术的另一个专利技术目的是提供上述一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将碳纤维球5～45份和偶联剂0.5～2.5份，在30℃～50℃条件下高速搅拌至分散均匀；(2)再加入聚苯乙烯微球100份、抗氧剂0.2～1份、光稳剂0.2～1份、润滑剂0.4～1.2份及热稳定剂0.05～0.25份，在35℃～75℃条件下高速搅拌10min～30min至分散均匀，得复合材料。本专利技术制备的复合材料经激光烧结成型制备为所需制件。本专利技术创新性地以碳纤维球改性聚苯乙烯微球，制备了一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料。本专利技术制备的复合材料具有耐热性好、力学强度大和尺寸稳定等特点，且可以大幅提高复合材料的成型速度。此外本专利技术所涉及的制备工艺简单且无污染，所制备的复合材料可以直接应用于模型验证等快速构建领域，制备具有一定力学强度的非外观件。本专利技术有益效果具体如下：1、碳纤维球的引入可以有效改善聚苯乙烯微球对应力的吸收能力，在发生破坏时可以有效缓解甚至阻止银纹的发展，提高了复合材料的抗冲击性能；2、较纯树脂体系而言，碳纤维的耐热性极高，在体系承受热量时可以起到类似耐热剂的作用，大幅提高复合材料的耐热性；3、碳纤维球具有一定的中空结构，在烧结成型时聚苯乙烯微球可以充满空穴，提高了密实程度，进而提供了优良的尺寸稳定性。4、本专利技术中聚苯乙烯微球的球状结构可以起到连接和支撑作用，从而能大幅提高了复合材料的成型速度。具体实施方式下面结合具体实例对本
技术实现思路
进行进一步的说明，但所述实施例并非是对本专利技术实质精神的简单限定，任何基于本专利技术实质精神所作出的简单变化或等同替换均应属于本专利技术所要求保护的范围之内。如无特别说明，各实例中所述份数均为重量份。制备的样品在23℃、50％湿度环境下调节后，分别采用ASTMD6110、ASTMD648和ASTMD955检测复合材料的冲击强度、热变形温度和收缩率，同时记录制件成型速度。本专利技术的具体实施例如下：实施例1(1)在容器中加入碳纤维球5份和偶联剂马来酸酐接枝聚苯乙烯0.5份，在30℃条件下高速搅拌至分散均匀；(2)以上物料分散均匀后，陆续加入以下物料：聚苯乙烯微球100份，抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.08份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.12份，光稳剂2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑0.2份，润滑剂N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.4份，热稳定剂季戊四醇0.05份，在35℃条件下高速搅拌10min至分散均匀，得复合材料；(3)将复合材料经激光烧结成型制备为所需制件，并进行相应的性能检测，见表一。实施例2(1)在容器中加入碳纤维球15份和偶联剂马来酸酐接枝聚苯乙烯1份，在35℃条件下高速搅拌至分散均匀；(2)以上物料分散均匀后，陆续中加入以下物料：聚苯乙烯微球100份，抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.16份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.24份，光稳剂2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑0.4份，润滑剂N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.6份，热稳定剂季戊四醇0.1份，在45℃条件下高速搅拌15min至分散均匀，得复合材料；(3)将复合材料经激光烧结成型制备为所需制件，并进行相应的性能检测，见表一。实施例3(1)在容器中加入碳纤维球25份和偶联剂马来酸酐接枝聚苯乙烯1.5份，在40℃条件下高速搅拌至分散均匀；(2)以上物料分散均匀后，陆续中加入以下物料：聚苯乙烯微球100份，抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.24份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.48份，光稳剂2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑0.6份，润滑剂N,N'-乙撑双硬脂酰胺0.8份，热稳定剂季戊四醇0.15份，在55℃条件下高速搅拌20min至分散均匀，得复合材料；(3)将制得的复合材料经激光烧结成型制备为所需制件，并进行相应的性能检测，其性能见表一。实施例4(1)在容器中加入碳纤维球35份和偶联剂马来酸酐接枝聚苯乙烯2份，在45℃条件下高速搅拌至分散均匀；(2)以上物料分散均匀后，陆续中加入以下物料：聚苯乙烯微球100份，抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯0.3份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.5份，光稳剂2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑0.8份，润滑剂N,N'-乙撑双硬脂酰胺1份，热稳定剂季戊四醇0.2份，在65℃条件下高速搅拌25min至分散均匀，复合材料；(3)将所制得的复合材料经激光烧结成型制备为所需制件，并进行相应的性能检测，其性能见表一。实施例5(1)在容器中加入碳纤维球45份和偶联剂马来酸酐接枝聚苯乙烯2.5份，在50℃条件下高速搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料，其特征在于：其由以下重量份的组分制备而成：聚苯乙烯微球100份，碳纤维球5～45份，偶联剂0.5～2.5份，抗氧剂0.2～1份，光稳剂0.2～1份，润滑剂0.4～1.2份，热稳定剂0.05～0.25份。

【技术特征摘要】
1.一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料，其特征在于：其由以下重量份的组分制备而成：聚苯乙烯微球100份，碳纤维球5～45份，偶联剂0.5～2.5份，抗氧剂0.2～1份，光稳剂0.2～1份，润滑剂0.4～1.2份，热稳定剂0.05～0.25份。2.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料，其特征在于：所述的聚苯乙烯微球是尺寸为10μm～100μm的大分子聚苯乙烯微球。3.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料，其特征在于：所述的碳纤维球是一种粒径为5～100μm且具有互穿结构的球状碳纤维。4.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为马来酸酐接枝聚苯乙烯或γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。5.根据权利要求1所述的一种用于快速成型的聚苯乙烯微球复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯、三[2.4-二叔丁基苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨桂生，李枭，姚晨光，李术，
申请(专利权)人：合肥杰事杰新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34