一種可3D打印的聚丙烯復合材料及制備方法與流程

文檔序號：11098939閱讀：898來源：國知局

本發(fā)明涉及3D打印領(lǐng)域，進一步地說，是涉及一種可3D打印的聚丙烯復合材料及制備方法。

背景技術(shù)：

三維印刷即快速成形技術(shù)的一種，它是一種數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。過去其常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型，現(xiàn)正逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造。特別是一些高價值應(yīng)用(比如髖關(guān)節(jié)或牙齒，或一些飛機零部件)已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件?！叭S打印”意味著這項技術(shù)的普及。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，三維打印技術(shù)還擁有如下優(yōu)勢：通過摒棄生產(chǎn)線而降低了成本；大幅減少了材料浪費；而且，它還可以制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法制造出的外形，讓人們可以更有效地設(shè)計出飛機機翼或熱交換器；另外，在具有良好設(shè)計概念和設(shè)計過程的情況下，三維打印技術(shù)還可以簡化生產(chǎn)制造過程，快速有效又廉價地生產(chǎn)出單個物品。

樂高積木目前都是通過丙烯腈·丁二烯·苯乙烯共聚物(ABS)注射成型制造。由于模具設(shè)計制造成本的問題，積木的結(jié)構(gòu)設(shè)計種類有限看，難以實現(xiàn)個性化定制。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，為積木個性定制提供有效途徑。能夠更好的為兒童提供具有創(chuàng)意的積木玩具。然而，ABS雖然具有良好的3D打印性能，但是ABS的3D打印溫度很高，230℃左右，并且打印過程中ABS高溫分解會產(chǎn)生異味，不適合兒童創(chuàng)意設(shè)計。

而聚丙烯作為眾多打印材料之一，具有優(yōu)良的電絕緣性、耐化學腐蝕、耐熱性和疲勞性，而且在所有樹脂中價格最低，是目前增長速度最快的通用熱塑性塑料，并具備優(yōu)良的加工性能，并且打印過程中不會產(chǎn)生異味。將聚丙烯應(yīng)用到積木的3D打印制造中，可以降低積木的3D打印生產(chǎn)成本，并且安全無異味，有利于兒童創(chuàng)意設(shè)計。但聚丙烯結(jié)晶傾向大，韌性大多較差，收縮率大，采用3D打印時產(chǎn)品容易收縮產(chǎn)生變形翹曲、產(chǎn)品偏脆等缺陷。故開發(fā)一種新的具有良好的韌性、低收縮率的改性聚丙烯復合材料來彌補現(xiàn)有聚丙烯3D打印材料的不足，促進樂高積木玩具的3D打印制造，促進兒童創(chuàng)意設(shè)計具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中3D打印材料的局限性的問題，本發(fā)明提供了一種可3D打印的聚丙烯復合材料及制備方法。本發(fā)明的聚丙烯復合材料具有高韌性和低收縮，是一種很好的3D打印材料。

本發(fā)明的目的之一是提供一種可3D打印的聚丙烯復合材料。

是由包括以下組分的原料共混而得：

各組分以重量份數(shù)計，

所述聚丙烯為熔體流動速率在1-40g/10min之間的均聚丙烯或無規(guī)共聚丙烯；更優(yōu)選為2-30g/10min

所述增韌劑為熱塑性硫化橡膠(TPV)；優(yōu)選為乙丙橡膠/聚丙烯TPV和/或丁基橡膠/聚丙烯TPV。TPV是熱塑性硫化膠,其特點是具有良好的彈性、耐壓縮變形性、耐環(huán)境、耐老化性,加工性能優(yōu)異,并且綠色環(huán)保,能夠重復利用，綜合性能和綜合成本方面比傳統(tǒng)橡膠優(yōu)異。丙烯基TPV與聚丙烯的相容性優(yōu)異，橡膠相能更好地分散在聚丙烯相中，起到良好的增韌效果，從而增加積木突點與孔柱之間的摩擦力，防止兩塊積木滑開。

所述的無機填料為碳酸鈣和/或滑石粉；所述的無機填料的平均的粒徑為800～10000目；更優(yōu)選為1000～5000目；

所述增粘劑為氯化聚乙烯，優(yōu)選為氯含量為20～70％的氯化聚乙烯，更優(yōu)選氯含量為30～58％的氯化聚乙烯(CPE)。氯化聚乙烯具有良好韌性，與其他高分子相容性良好，能夠提高聚丙烯復合材料的相容性，CPE中含有氯元素，具有極佳的阻燃性能，且有燃燒防滴下特性，安全可靠。

所述的表面活性劑為硬脂酸和/或鈦酸酯。

本申請的聚丙烯復合材料還可以根據(jù)實際情況添加其他添加劑，如著色劑、加工助劑等，其用量為常規(guī)用量。技術(shù)人員可根據(jù)實際情況調(diào)整。

本發(fā)明的目的之二是提供一種可3D打印的聚丙烯復合材料的制備方法。

包括：

先將所述用量的無機填料和表面活性劑高速攪拌；然后與所述用量的其他組分熔融共混后制得可3D打印的聚丙烯復合材料。

包括以下步驟：

(1)將無機填料加入高速攪拌機中，然后加入表面活性劑，高速攪拌，攪拌機轉(zhuǎn)速為600-1200rpm，攪拌時間20～60分鐘；攪拌溫度優(yōu)選50～90℃；

(2)將步驟(1)得到的物料與其他組分加入密煉機中，在170～200℃熔融共混6～8分鐘，制得可3D打印的聚丙烯復合材料。

具體可采用以下技術(shù)方案：

(1)將碳酸鈣和/或滑石粉加入高速攪拌機中，然后加入硬脂酸和/或鈦酸酯，攪拌機轉(zhuǎn)速為600-1200rpm，攪拌時間20～60分鐘；

(3)將步驟(1)所得的改性碳酸鈣和/或改性滑石粉與增韌劑、增粘劑和重量份為100份的聚丙烯加入密煉機中，在170～200℃熔融共混6～8分鐘，制得所需3D打印改性聚丙烯復合材料。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)利用硬脂酸和鈦酸酯分別對碳酸鈣和滑石粉改性，增加碳酸鈣和滑石粉的表面活性；碳酸鈣和滑石粉能改善聚丙烯的流動性，提高聚丙烯的加工性能，并且減小聚丙烯的收縮率，提高聚丙烯的成型尺寸穩(wěn)定性，減小聚丙烯材料在3D打印過程中的翹邊現(xiàn)象；

(2)多數(shù)樂高積木都有兩個基本組成部分——上部的突點和內(nèi)部的孔柱，當把積木擠壓在一起時，突點向外推側(cè)壁并向里推孔，通過摩擦力將兩塊積木穩(wěn)定的拼在一起，TPV有彈性并能保持原形，能夠增加聚丙烯材料的韌性，從而增加積木突點與孔柱之間的摩擦力，防止兩塊積木滑開；

(3)氯化聚乙烯是一種高粘性的彈性體，與聚丙烯相容性好，能夠增加聚丙烯復合材料的自粘性，提高聚丙烯3D打印部件的層層粘結(jié)性。

(4)本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，安全環(huán)保，具有較高的市場應(yīng)用前景。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例，進一步說明本發(fā)明。

實施例中所用原料均為市售。

實施例1

(1)將200份的800目碳酸鈣加入高速攪拌機中，然后加入重量份為15份的硬脂酸，混合攪拌改性，攪拌機轉(zhuǎn)速為700rpm，攪拌時間30分鐘，攪拌溫度60℃；

(2)將步驟(1)所得的改性碳酸鈣與重量份為60份的聚丙烯/丁基橡膠TPV、重量份為50份的30％氯含量的氯化聚乙烯和重量份為100份的熔融指數(shù)為2g/10min的聚丙烯加入密煉機中，在190℃熔融共混8分鐘，制得所需3D打印改性聚丙烯復合材料；

(3)步驟(2)所制備的改性聚丙烯復合材料的收縮率為0.6％，小于1％，打印過程中不會產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，可以穩(wěn)定打印。與市售的ABS打印材料相近，ABS的收縮率0.6％。