[发明专利]3D打印用碳纤维/ABS复合材料及其制备方法

说明书

一种3D打印用碳纤维/ABS复合材料及其制备方法，利用碳纤维的高强、高模、质轻等优势，制备具有良好加工性能、低体积收缩率、质轻高强的碳纤维/ABS复合材料适用于3D打印技术。调节碳纤维/ABS复合材料中碳纤维的质量百分比，进行碳纤维与高抗冲丁二烯‑苯乙烯‑丙烯腈三元共聚粉料和高流动苯乙烯‑丙烯腈二元共聚物的复配，调控碳纤维/ABS复合材料的热性能和加工性，使碳纤维/ABS复合材料更适用于3D打印技术。利用此种3D打印用碳纤维/ABS复合材料，调整打印机打印温度、打印层厚、填充方式设计打印一组厚度、长度、口径、形貌不同的扳手。碳纤维复合材料3D打印扳手质轻，为普通铁扳手的1/6，制备方法简单、高效、灵活、可控，安全性能高，特别针对高空作业人员，具有积极地应用意义。

技术领域

本发明属于化工新材料或高分子材料领域，具体涉及一种3D打印用碳纤维/ABS复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维材料因其高强、高模、质轻等优势已从高精尖的航空航天、风力发电、军工产业逐步向民用、体育、娱乐等多个生活方面逐步拓展。将碳纤维与高流动性ABS树脂进行复合，可以得到的一种具有良好加工性、体积收缩率低、质轻高强的碳纤维复合材料。通过调整碳纤维与ABS树脂的比例、添加润滑剂、优选碳纤维上浆剂等方法，可以得到一种适用于3D打印性能的高性能复合材料。

3D打印技术是上世纪80年代发展并推广的一种快速成型技术，它是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术带了世界性制造业的革命，颠覆了部件对生产工艺的依赖，将复杂形状的设计通过3D打印设计实现，极大的缩短了产品的生产周期，具有巨大的市场潜力。

然而可以适用于FDM技术的打印材料很有限，主要以聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯矾（PPSF）、ABS树脂等。ABS树脂具有良好的加工性和耐用性，且其价格优势明显低于PLA，应该在FDM技术中有更广的应用，但是其冷却时的收缩率较大，往往会使得制备的制件有翘曲的问题，因而受到限制。而碳纤丝的加入会改善ABS树脂的硬度和熔融指数，使得所得的碳纤维/ABS复合材料更适用于3D打印技术。

发明内容

本发明要解决现有技术存在问题是，提供一种3D打印用碳纤维/ABS复合材料及其制备方法，既要改善ABS树脂在3D打印过程中易弯曲卷翘的现象，又需要同时发挥碳纤维质轻高强的性能，制备多种简单便捷的实用制品。提高碳纤维与ABS树脂的结合性，确保碳纤维/ABS复合材料的冲击性能满足应用需要，可以制备多种3D打印实物。

本发明采用的具体技术方案是，一种3D打印用碳纤维/ABS复合材料，以质量份计，由丁二烯-苯乙烯-丙烯腈接枝共聚物21~32份，苯乙烯-丙烯腈共聚物62~77份，硬脂酸镁0.1~0.3份，乙烯丙烯酸丁酯0.4~0.9份，二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯0.1~0.2份，硫化二丙酸双十八酯0.03~0.05份，表面浸润自制上浆剂碳纤维1~5份；如上所述一种3D打印用碳纤维/ABS复合材料的制备方法主要由如下过程和步骤组成：（1）碳纤维的表面修饰：将吉林石化公司生产的T300碳纤维浸润到自制碳纤维上浆剂中，用以改善碳纤维的集束性，并提高碳纤维丝与ABS树脂之间的相容性，得到一种表面修饰的碳纤维。此种碳纤维上浆剂中含有亲水的醇羟基和疏水的环氧基团，可以在树脂和碳纤维表面形成良好的界面结合。