CN105295199A - 熔融沉积成型用聚丙烯透明材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种熔融沉积成型用聚丙烯透明材料及其制备方法,它是由下述原料制成:聚丙烯70-99份、透明剂0.1-1份、相容剂1-2份、增塑剂0.1-5份、稳定剂0.01-0.5份。本发明添加透明剂后,聚丙烯冷却成型时大面积结晶的现象得到抑制,聚丙烯材料的透光性大大提高,经熔融沉积成型得到的聚丙烯制件具有更好的韧性,力学性能得到提升,实用性更强、材料的成本极大降低,有利于扩大聚丙烯材料在熔融沉积成型领域的应用。本发明所述的聚丙烯透明材料的制备方法,易于操作,工艺条件和生产设备要求较低,能够实现大规模的推广生产,具有广阔的市场前景,极佳的市场效益。

Description

膝融沉积成型用聚丙婦透明材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于3D打印技术和塑料加工领域,具体设及一种烙融沉积成型用聚丙締 透明材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 3D打印技术又称增材制造技术是一种W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打印技术已经在信息技术、 材料科学、精密机械等多个领域得到应用,在当今制造业中越来越具有竞争力,因此被称为 "具有工业革命意义的制造技术"。3D打印技术突破了传统材料变形成型和去除成型的工艺 方法,可在没有夹具或模具的条件下迅速制造出任意复杂形状的=维实体零件,且可有效 地降低产品开发周期。。
[0003]作为3D打印技术的一种,烙融沉积成型(F^isedDepositionMolding,抑M)是一 种将热塑性丝材经固体-烙体-固体两次相变加工成型的方法。热塑性丝材由供丝机构送 进喷头,在喷头中加热至烙融态。烙融态材料从喷头中挤出,按计算机给出的二维截面信 息,随加热喷头的运动,选择性进行涂覆。一层完成后,喷头上升一个层高(或工作台下降 一个层高),再进行下一层的涂覆,如此循环,最终形成=维制件。
[0004] 作为五大通用树脂之一,聚丙締(P巧具有密度小、强度高、耐热、绝缘性好、化学 性质稳定W及价格低廉等优点,在FDM领域具有广泛的应用前景。但是,在FDM过程中,PP 冷却成型时易于发生大面积结晶,一方面导致透光性差,宏观上表现打印制件不透明,另一 方面使得打印制件容易收缩变形产生翅曲、产品偏脆等缺陷,运大大限制了PP在FDM领域 的应用。
[0005] 在PP中添加无机填料,是目前降低打印制件的收缩变形,提高成型精度的常规解 决方案。专利CN201310024331公开了含有矿粉填料的PP复合材料,材料经打印后收缩率 低,尺寸稳定性好。专利CN201410717691中设及了含有无机填料(包括陶瓷粉末、金属粉 末、陶瓷与金属复合粉末)的热塑性材料。专利CN201310149323中提及了在工程塑料中添 加纳米纤维素来提高热稳定性。尽管材料经打印后收缩变形情况减弱,初性提高,但是无机 填料的加入使得PP更加不透明,无法满足特殊场合下对PP透光性的要求。另外,无机填料 用量过大时易堵塞抑M打印机喷头,打印制件的力学性能也会有明显下降。
[0006] 综合W上内容,为推广PP在FDM领域的应用,在确保材料收缩变形情况减弱,初性 提高的同时,亟需解决PP透光性的难题。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种烙融沉积成型用聚丙締透明材料,W克服现有烙融沉积 成型用聚丙締材料因结晶和无机填料而不透明的缺陷,透明剂的添加能够避免大面积结晶 的发生,提高聚丙締材料的透光性,在提高聚丙締材料透光性的同时,增强聚丙締材料的初 性,降低打印制件收缩变形的情况,扩大聚丙締材料在烙融沉积成型领域的应用。
[0008] 本发明的另一目的是提供一种烙融沉积成型用聚丙締透明材料的制备方法,工艺 简单,成本低廉,能够快速生产出符合烙融沉积成型要求的聚丙締透明材料。
[0009] 为实现上述目的,本发明采用W下技术方案:
[0010] 一种烙融沉积成型用聚丙締透明材料,它是由下述重量份数的原料制成的:聚丙 締90-99份、透明剂0. 1-1份、相容剂1-2份、增塑剂0. 1-5份、稳定剂0. 01-0. 5份。
[0011] 所述聚丙締为丙締单独聚合得到的聚合物或丙締与其它締控共聚合得到的聚合 物中的至少一种。
[0012] 所述透明剂的化学结构通式为R2-NHC0-R1-C0NH-R2,其中基团Rl是
Figure CN105295199AD00041
.或
Figure CN105295199AD00042
Figure CN105295199AD00043
基团R2是-H、-邸3、-邸2邸3、 中的一种或其组合。 >
[0013] 所述相容剂为马来酸酢接枝型聚丙締。
[0014] 所述润滑剂为聚締控、硬脂酷胺类润滑剂或聚乙二醇中的一种或几种的混合。
[0015] 所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛醋、环氧大豆油、甘油中的一种或几种的混合。
[0016] 所述稳定剂为受阻酪类大分子型抗氧剂、亚憐酸类抗氧剂或烧醋类抗氧剂中的一 种或几种的混合。
[0017] 一种烙融沉积成型用聚丙締透明材料的制备方法,步骤如下:
[0018](1)试剂与原材料混合:先向揽拌机中放入聚丙締,再添加透明剂、润滑剂和增塑 剂,揽拌直到颗粒表面均泛液体亮光,即揽拌均匀,待混合完成后,再添加抗氧化剂进行后 续混合,继续混合2分钟,最后得到混合原料;
[0019] (2)加热挤出:将混合原料加入到双螺杆挤出机中,加料速度保持均匀流杨,保证 在挤出过程中不产生堵塞,出丝稳定流杨;
[0020] 做卷丝:通过在挤出机的出口加装口模,限定出丝的直径在1.75 + 0. 05mm,最后 通过圆盘装置绕丝收集成型丝材。
[0021] 所述步骤(2)中双螺杆挤出过程中第一段溫度210°C,第二段溫度240°C,第=段 溫度2100。
[0022] 借由上述技术方案,本发明具有的优点和有益效果是:
[0023] 1、本发明添加透明剂后,聚丙締冷却成型时大面积结晶的现象得到抑制,聚丙締 材料的透光性大大提高。
[0024] 2、透明剂能够赋予经FDM得到的聚丙締制件具有更好的初性,力学性能得到提 升,实用性更强。
[00巧]3、添加少量透明剂即可达到提高透光性和初性的效果,材料的成本极大降低,有 利于扩大聚丙締材料在FDM领域的应用。
[0026] 4、本发明所述的聚丙締透明材料的制备方法,易于操作,工艺条件和生产设备要 求较低,能够实现大规模的推广生产,具有广阔的市场前景,极佳的市场效益。
具体实施方式
[0027] 对于本领域的技术人员来说,通过阅读本说明书的公开内容,本发明的特征、有益 效果和优点将变得显而易见。
[002引除非另外指明,在本文中所有配制和测试发生在25°C的环境。
[0029] 本文中"包括"、"包含"、"含"、"含有"、"具有"或其它变体意在涵盖非封闭式包括, 运些术语之间不作区分。术语"包含"是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术 语"包含"还包括术语"由…组成"和"基本上由…组成"。本发明的组合物和方法/工艺可 包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项W及本文描述的任一的附加的或 任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
[0030] 无需进一步详细说明,相信本领域技术人员使用W上所述即可最大限度地使用本 发明。下面的实施例目的在于进一步介绍和展示在本发明范围内的具体实施方案。因此, 实施例应理解为仅用于更详细地展示本发明,而不W任何方式限制本发明的内容。
[0031] 下列实施例进一步说明了本发明范围内的优选具体实施方案。运些实施例仅仅是 说明性的,而不是限制本发明的范围,因为只要在不背离其实质和范围的条件下,可W对本 发明进行许多变化。
[0032] 实施例1
[0033] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料,它是由下述原料制成的:聚丙締 99邑、透明剂0.Ig、相容剂Ig、增塑剂0. 9g、稳定剂0. 2邑。
[0034] 所述聚丙締为丙締单独聚合得到的聚合物,使用的聚丙締材料为中国石化扬子 石化有限公司生产,牌号为M02-V,透明剂为2,6-苯二甲酸环己酷胺,相容剂为马来酸酢接 枝型聚丙締,稳定剂为受阻酪类大分子型抗氧剂。
[0035] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料的制备方法,步骤如下:
[0036] (1)试剂与原材料混合:先向揽拌机中放入聚丙締,再添加透明剂、润滑剂和增塑 剂,揽拌直到颗粒表面均泛液体亮光,即揽拌均匀,待混合完成后,再添加抗氧化剂进行后 续混合,继续混合2分钟,最后得到混合原料;
[0037] 似加热挤出:将混合原料加入到双螺杆挤出机中,加料速度保持均匀流杨,保证 在挤出过程中不产生堵塞,出丝稳定流杨,双螺杆挤出过程中第一段溫度210°C,第二段溫 度240°C,第S段溫度210°C;
[003引 做卷丝:通过在挤出机的出口加装口模,限定出丝的直径在1.75+0. 05mm,最后 通过圆盘装置绕丝收集成型丝材。
[00測 实施例2
[0040] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料,它是由下述原料制成的:聚丙締 99邑、透明剂0.Ig、相容剂Ig、增塑剂0. 9g、稳定剂0.2g;
[0041] 所述聚丙締为丙締与其它締控共聚合得到的聚合物,透明剂的化学结构通式为
Figure CN105295199AD00051
R2-NHC0-R1-C0NH-R2,其中基团Rl是 -其中一个基团R2是-(¾,另一个基团R2 j- 是-CH2CH3;相容剂为马来酸酢接枝型聚丙締;增塑剂为邻苯二甲酸二辛醋和环氧大豆油的 混合物;稳定剂为抗氧剂1010和四[6-(3,5-二叔下基-4-径基苯基)丙酸]季戊四醇醋 的混合物。
[0042] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料的制备方法同实施例1。
[004引 实施例3
[0044] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料,它是由下述原料制成的:聚丙締 95g、透明剂0. 5g、相容剂I. 5g、增塑剂0.Ig、稳定剂0.Olg。
[0045] 其中聚丙締为丙締单独聚合得到的聚合物和丙締与其它締控共聚合得到的 聚合物的共混物;所述透明剂的化学结构通式为R2-NHC0-R1-C0NH-R2,其中基团Rl是
Figure CN105295199AD00061
Figure CN105295199AD00062
Figure CN105295199AD00063
其中一个基团R2是 另外一个基团R2是 相容剂为马来酸酢接枝 , I 型聚丙締;增塑剂为环氧大豆油;稳定剂为烧醋类抗氧剂。
[0046] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料的制备方法同实施例1。
[0047] 实施例4
[0048] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料,它是由下述重量份数的原料制成 的:聚丙締98g、透明剂0. 8g、相容剂2g、增塑剂5g、稳定剂0. 5邑。
[0049] 其中聚丙締为丙締单独聚合得到的聚合物;所述透明剂的化学结构通式为
Figure CN105295199AD00064
Figure CN105295199AD00065
R2-NHC0-R1-C0NH-R2,其中基团Rl是- 基团R2是 相容剂为马来酸酢接枝 ; , 型聚丙締;增塑剂为环氧大豆油和甘油中的混合物;稳定剂为亚憐酸类抗氧剂或烧醋类抗 氧剂的混合物。
[0050] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料的制备方法同实施例1。
[00川 实施例5
[0052] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料,它是由下述原料制成的:聚丙締 90邑、透明剂Ig、相容剂Ig、增塑剂0. 9g、稳定剂0. 2邑。
[0053] 其中聚丙締为丙締与其它締控共聚合得到的聚合物;透明剂的化学结构通式为
Figure CN105295199AD00066
Figure CN105295199AD00067
R2-NHC0-R1-C0NH-R2,其中基团Rl是. 其中一个基团R2是 另一个基团R2 ',: 是
Figure CN105295199AD00068
相容剂为马来酸酢接枝型聚丙締;增塑剂为环氧大豆油;稳定剂为抗氧剂1010, 四[0-(3,5-二叔下基-4-径基苯基)丙酸]季戊四醇醋。
[0054] 本实施例的烙融沉积成型用聚丙締透明材料的制备方法同实施例1。
[0055] 表1实施例1-5及对比例1材料配方(重量/g)
[0056]
Figure CN105295199AD00069
[0057] 烙融沉积成型用聚丙締透明材料力学性能的测试方法
[0058]采用北京殷华生产的烙融沉积成型机MEM-320A(数据处理软件AuroralI. 8),将 制备的烙融沉积成型用聚丙締透明材料打印为力学性能测试用的试样样条。具体的烙融 沉积成型机MEM-320A打印条件为:成型层厚为0. 175mm,扫描速度为40cmVh,喷嘴溫度为 21(TC,成型室溫度为7(TC,其他扫描线宽等参数采用系统默认的参数进行成型。
[0059] 拉伸性能测试按照GB/T1040进行,打印的试样样条尺寸为150X10X4mm, 拉伸速度为50mm/min;弯曲性能测试按照GB/T9341进行,打印的试样样条尺寸为 80X10X4mm,弯曲速度为2mm/min,跨距为64mm;简支梁冲击强度按照GB/T1043进行,打 印的试样样条尺寸为80X6X4mm,缺口深度为试样厚度的立分之一。
[0060] 材料的综合力学性能测试通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲模量和冲 击强度的数值进行评判。
[0061] 表2实施例1-5及对比例1样品力学性能测试结果
Figure CN105295199AD00071
[0063] 表2是实施例1-5及对比例1样品力学性能测试结果。由表2可知,与对比例1相 比较,聚丙締中添加透明剂后,随着透明剂含量的增加,所述聚丙締透明材料的拉伸强度、 断裂伸长率、弯曲强度和缺口冲击强度都有显著提高,实用性更强。
[0064] 烙融沉积成型用聚丙締透明材料透光性的测试方法
[0065] 聚丙締材料的透光性测试按照GB/T2410-2008进行,打印的试样尺寸为 50X50X1mm,使用雾度计对试样透光性进行测定。调节雾度计零点旋钮,使积分球在暗色 时检流计的指示为零,当光线无阻挡时,调节仪器检流计的指示为100,记为Tl,然后将试 样垂直于光路放置,记录仪器检流计的指示为T2,试样的透光率T按照W下公式计算:
[0066] T = (T2/T1) XlOO
[0067] 计算结果精确到0. 1%。
[006引将对比例1和实施例1-5材料打印为50X50XImm的试样,依照上述透光性测试 方法对试样透光性进行测试。表3是对比例1和实施例1-5材料透光性的测试结果。对比 例中,因没有透明剂的加入,聚丙締材料透光性很差,只有25. 6%。透明剂的加入能够显著 提升聚丙締材料的透光性,实施例1中透明剂含量0. 2份时,聚丙締材料的透光率就显著增 加到57.0%。继续增加透明剂的含量,聚丙締材料的透光性也随之增加。实施例5中透明 剂含量为1份时,聚丙締材料的透光性能够增加至82. 1 %,能够满足应用中对透明聚丙締 材料的要求。
[0069] 表3实施例1-5及对比例1样品透光性测试结果
[0070]
Figure CN105295199AD00081
[0071] 本发明意外地发现添加透明剂后,聚丙締冷却成型时大面积结晶的现象得到抑 审Ij,聚丙締材料的透光性大大提高,经烙融沉积成型得到的聚丙締制件具有更好的初性,力 学性能得到提升,实用性更强。本发明所述的聚丙締透明材料,添加少量透明剂即可达到提 高透光性和初性的效果,材料的成本极大降低,有利于扩大聚丙締材料在烙融沉积成型领 域的应用。本发明所述的聚丙締透明材料的制备方法,易于操作,工艺条件和生产设备要求 较低,能够实现大规模的推广生产,具有广阔的市场前景,极佳的市场效益。
[0072] 本文所公开的量纲和数值不应理解为所述精确值的严格限制。除非另外说明,每 个运样的量纲旨在表示所述值和围绕该值的功能上等同的范围。例如,公开为"40mm"的量 纲旨在表示"约40mm"。
[0073] 在发明内容中引用的所有文件都在相关部分中W引用方式纳入本文中。对于任何 文件的引用不应当解释为承认其是有关本发明的现有技术。
[0074] 虽然已经举例说明和描述了本发明的具体实施方案,但是对于本领域的技术人员 来说显而易见的是,在不背离本发明实质和范围的情况下可W做出多个其它的修改和变 型。运些修改和变型均纳入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种熔融沉积成型用聚丙烯透明材料,其特征在于它是由下述重量份数的原料制成 的:聚丙烯90-99份、透明剂0. 1-1份、相容剂1-2份、增塑剂0. 1-5份、稳定剂0.01-0. 5份。
2. 根据权利要求1所述的聚丙烯透明材料,其特征在于:所述聚丙烯为丙烯单独聚合 得到的聚合物或丙烯与其它烯烃共聚合得到的聚合物中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的聚丙烯透明材料,其特征在于:所述透明剂的化学结构通
Figure CN105295199AC00021
式为R2-NHCO-R1-CONH-R2,其中基团R1是 是-H、-CH3、-CH2CH3、
Figure CN105295199AC00022
:中的一种或其组合。
4. 根据权利要求1所述的聚丙烯透明材料,其特征在于:所述相容剂为马来酸酐接枝 型聚丙烯。
5. 根据权利要求1所述的聚丙烯透明材料,其特征在于:所述润滑剂为聚烯烃、硬脂酰 胺类润滑剂或聚乙二醇中的一种或几种的混合。
6. 根据权利要求1所述的聚丙烯透明材料,其特征在于:所述增塑剂为邻苯二甲酸二 辛酯、环氧大豆油、甘油中的一种或几种的混合。
7. 根据权利要求1所述的聚丙烯透明材料,其特征在于:所述稳定剂为受阻酚类大分 子型抗氧剂、亚磷酸类抗氧剂或烷酯类抗氧剂中的一种或几种的混合。
8. 权利要求1-7中任一所述的熔融沉积成型用聚丙烯透明材料的制备方法,其特征在 于步骤如下: (1) 试剂与原材料混合:先向搅拌机中放入聚丙烯,再添加透明剂、润滑剂和增塑剂, 搅拌直到颗粒表面均泛液体亮光,即搅拌均匀,待混合完成后,再添加抗氧化剂进行后续混 合,继续混合2分钟,最后得到混合原料; (2) 加热挤出:将混合原料加入到双螺杆挤出机中,加料速度保持均匀流畅,保证在挤 出过程中不产生堵塞,出丝稳定流畅; (3) 卷丝:通过在挤出机的出口加装口模,限定出丝的直径在1. 75±0. 05mm,最后通过 圆盘装置绕丝收集成型丝材。
9. 根据权利要求8所述的聚丙烯透明材料的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中双 螺杆挤出过程中第一段温度210 °C,第二段温度240 °C,第三段温度210 °C。
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