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3D打印用ABS的三大得力助手

Date:2018-09-17 08:41:58

  3D打印,又稱增材制造,是目前新興的一種材料快速成型技術。熔融沉積成型(FDM)是3D打印技術中比較重要的一種技術,其可將高分子材料絲材選擇性地涂敷在工作臺上,快速冷卻后形成一層截面,一層成型完成后,機器工作臺下降一個高度再涂覆下一層,直至形成整個三維造型。


  丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)是FDM第二大應用量的耗材,它具有較高的強韌結合性,在模型設計領域得到廣泛的應用。但其具有較高的收縮率及內應力,會在打印過程中導致打印制品發生翹曲變形甚至開裂,并且ABS的耐熱性不高,又限制了其在較高溫度環境下使用。

  為改善ABS的3D打印性能,采用三大助手[硅烷偶聯劑改性空心玻璃微珠(HGB)、聚碳酸酯(PC)、相容劑馬來酸酐接枝ABS]助力ABS,以HGB為主要填料,輔助以PC和ABS-g-MAH,對ABS進行了改性。


  三大助手助力ABS的常規性能:


  第一助手:HGB


  HGB具有中空、質輕、耐高溫等優點,它可作為無機填料用于塑料改性,能夠顯著降低塑料成本,還可改善塑料的加工流動性能,提高強度和剛性,降低收縮率。以硅烷偶聯劑改性的HGB為主要填料,用其降低ABS的密度并提高流動性能,同時改善ABS的其它性能。


  (1)密度和熔體流動速率(MFR)


  (2)拉伸強度與彎曲彈性模量



  (3)收縮率及熱變形溫度



  可以看出,硅烷偶聯劑改性的HGB可以降低ABS的密度和收縮率并使MFR和熱變形溫度提高,當HGB質量分數為8%時,ABS的拉伸強度及彎曲彈性模量均達到最大。


  第二助手:PC


  PC含有剛性分子鏈,具有較高的剛性和更高的熱變形溫度,為此,在硅烷偶聯劑改性HGB質量分數為8%的基礎上,添加PC對ABS進行進一步改性,主要考察PC對ABS/HGB復合材料力學性能、熱變形溫度及模塑收縮率的影響。


  (1)拉伸強度與彎曲彈性模量



  (2)收縮率及熱變形溫度



  可以看出,隨著PC質量分數由0%增加到20%,復合材料的彎曲彈性模量、拉伸強度和熱變形溫度提升顯著,但收縮率也有較大增加,因此在保證制品性能的基礎上,不能大幅度增加PC的含量,可將PC質量分數定為5%,此時復合材料的彎曲彈性模量和拉伸強度分別達到1780,47.1MPa,熱變形溫度達到90℃,模塑收縮率處在可接受的水平,為0.8%。


  第三助手:ABS-g-MAH


  ABS-g-MAH中含有活性較強的酸酐基團,能在高溫及剪切作用下與PC發生接枝共聚反應,并且ABS-g-MAH能夠與HGB中的羥基形成鍵合作用,這樣可使各組分能更好地相容,也使得復合材料內部網絡結構更加完善。在添加質量分數8%硅烷偶聯劑改性HGB及5%PC的基礎上,向ABS中添加ABS-g-MAH,考察其對ABS/PC/HGB復合材料力學性能、熱變形溫度和模塑收縮率的影響。


  (1)拉伸強度與彎曲彈性模量


  (2)收縮率及熱變形溫度


  可以看出,隨著相容劑ABS-g-MAH含量的增加,復合材料的拉伸強度和彎曲彈性模量總體上有所提升,熱變形溫度有較大提高,而收縮率下降程度較顯著。當相容劑ABS-g-MAH質量分數達到5%后,復合材料的綜合性能變化不再明顯,因而確定ABS-g-MAH適宜的質量分數為5%。


  三大助手助力ABS的3D打印情況:


  (1)性能



  可以看出,三大助手助力后ABS打印試樣的拉伸強度、彎曲彈性模量及熱變形溫度均有較大提高,較未助力前的打印試樣分別提高了20.9%,18%,4.8%,收縮率由1%下降至0.6%,更利于FDM打印工藝。


  (2)制品



  圖中左邊較大的佛像為三大助手助力后ABS線材打印的佛像,其長度為205mm,寬度為190mm,高度為267mm,尺寸符合精度要求,表面無開裂。


  圖中右邊較小的佛像為助力前ABS線材打印的佛像,其長度為97mm,寬度為90mm,高度為121mm,其表面有開裂現象,并且如果放大尺寸,則在打印過程中底部嚴重翹曲,無法成型。


  轉載自3D虎,版權歸原作者所有