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：929來源：國知局

本發明涉及3D打印領域，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：

三維印刷即快速成形技術的一種，它是一種數字模型文件為基礎，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造物體的技術。過去其常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，現正逐漸用于一些產品的直接制造。特別是一些高價值應用(比如髖關節或牙齒，或一些飛機零部件)已經有使用這種技術打印而成的零部件。“三維打印”意味著這項技術的普及。與傳統技術相比，三維打印技術還擁有如下優勢：通過摒棄生產線而降低了成本；大幅減少了材料浪費；而且，它還可以制造出傳統生產技術無法制造出的外形，讓人們可以更有效地設計出飛機機翼或熱交換器；另外，在具有良好設計概念和設計過程的情況下，三維打印技術還可以簡化生產制造過程，快速有效又廉價地生產出單個物品。

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。由于模具設計制造成本的問題，積木的結構設計種類有限看，難以實現個性化定制。3D打印技術的出現，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高溫分解會產生異味，不適合兒童創意設計。

而聚丙烯作為眾多打印材料之一，具有優良的電絕緣性、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，并具備優良的加工性能，并且打印過程中不會產生異味。將聚丙烯應用到積木的3D打印制造中，可以降低積木的3D打印生產成本，并且安全無異味，有利于兒童創意設計。但聚丙烯結晶傾向大，韌性大多較差，收縮率大，采用3D打印時產品容易收縮產生變形翹曲、產品偏脆等缺陷。故開發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，促進兒童創意設計具有重要意義。

技術實現要素：

為解決現有技術中3D打印材料的局限性的問題，本發明提供了一種可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共聚丙烯；更優選為2-30g/10min

所述增韌劑為熱塑性硫化橡膠(TPV)；優選為乙丙橡膠/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、耐環境、耐老化性,加工性能優異,并且綠色環保,能夠重復利用，綜合性能和綜合成本方面比傳統橡膠優異。丙烯基TPV與聚丙烯的相容性優異，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；更優選為1000～5000目；

所述增粘劑為氯化聚乙烯，優選為氯含量為20～70％的氯化聚乙烯，更優選氯含量為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，其用量為常規用量。技術人員可根據實際情況調整。

本發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，攪拌機轉速為600-1200rpm，攪拌時間20～60分鐘；攪拌溫度優選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。

本發明的優點在于：

(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定性，減小聚丙烯材料在3D打印過程中的翹邊現象；

(2)多數樂高積木都有兩個基本組成部分——上部的突點和內部的孔柱，當把積木擠壓在一起時，突點向外推側壁并向里推孔，通過摩擦力將兩塊積木穩定的拼在一起，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性。

(4)本發明生產工藝簡單，成本低廉，安全環保，具有較高的市場應用前景。

具體實施方式

下面結合實施例，進一步說明本發明。

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％，打印過程中不會產生翹曲現象，可以穩定打印。與市售的ABS打印材料相近，ABS的收縮率0.6％。