CN105670251A - 一种用于模型制品的低温热塑性材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料的技术领域，公开了一种用于模型制品的低温热塑性材料及其制备方法。所述低温热塑性材料由以下按重量份数计的组分制备而成：热塑性高分子材料70～100份，植物纤维10～20份，无机填料1～10份，交联剂1～5份，着色剂0～3份。本发明的低温热塑性材料低温熔融，便于重复加工处理，比较容易加工成各种模型所需的形状。相比于常用的模型制品，使用低温热塑性材料能够满足模型中弯曲部位的制造，能够充分地表现模型所需要体现的弧线或者流线型等部位，有效地提高了模型制作的精确度，提高了模型使用的可靠度与准确性。

Description

一种用于模型制品的低温热塑性材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料的技术领域，涉及一种用于模型制品的低温热塑性材料及其制备方法，对于模型的制作安全、绿色经济环保。
背景技术
模型是所研究的系统、过程、事物或概念的一种表达形式，也可指根据实验、图样放大或缩小而制作的样品，一般用于展览或实验或铸造机器零件等用的模子。模型的应用可以帮助一些实验更好地对于实验对象进行观察或者研究，也可以将物品展现出来，供人们进行参观。
模型已经广泛地应用在了航模、车模、建筑模型等多个方面，使用的材料通常有石膏、木、金属和工程塑料，通过一次成型的方法或者切削刻等二次加工的方法进行制备模型；由于材料的局限，对于一些模型的设计仍旧不能做到最为精准，某些部位例如一些弯曲的弧形部位等无法精确地制作出来，对于模型完好的呈现有一定的局限性；二次加工无法保证高效、准确地实现模型设计目标。
热塑性材料具有良好的加工性能，能够在一定的温度之下熔融软化，可以在熔融状态下通过加工，较易地形成各种各样的形状，具有成为制作模型的材料的潜质，能够弥补某些模型材料不能制作出某些形状的缺陷，并且由于其低温热塑性的存在，能够不断地改善自己的模型以达到最佳形态，或者将不需要的或者制作失败的模型制品熔融进行重新的制作修改，经济、环保。
低温热塑性材料在较低的温度下就可以呈现熔融状态进行加工，可以适用于多种加工方式，是一种便于加工的材料。同时它还具备良好的机械性能，能够起到较好的支撑作用，可以满足各类模型的力学要求。
使用低温热塑性材料制备模型制品，能够重复利用材料，在出现差错时只需加热软化即可重新塑形来进行修正，提高了容错率，降低了生产成本；在具备有良好的力学性能的同时还能够精确加工出一些弯曲、折叠的结构部分，在保持好模型的强度、硬度的情形下又提升了模型的精准度，克服了常用的一些模型制品材料的缺陷。
发明内容
为了克服现有技术中模型制品材料的缺陷，本发明的首要目的在于提供一种用于模型制品的低温热塑性材料。本发明的低温热塑性的材料能够在较低温度的情况下加热即可熔融，便于进行重复加工处理，比较容易加工成各种模型所需的形状。在加工成型后只需加热到熔融温度即可让成型的样品软化，并且施加外力或者其他的工艺方法将其重新改造、修正或者是彻底重新制作，具备多次反复使用的特性，降低了制作失败的风险，提高了容错率。
本发明相比于通常用的模型制品而言，使用的低温热塑性材料能够制作出具有一定弯曲程度的形状，能够满足模型中弯曲部位的制造，能够充分地表现模型所需要体现的弧线或者流线型等部位，有效地提高了模型制作的精确度，提高了模型使用的可靠度与准确性。
本发明的另一目的在于提供上述用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种用于模型制品的低温热塑性材料，由以下按重量份数计的组分制备而成：热塑性高分子材料70～100份，植物纤维10～20份，无机填料1～10份，交联剂1～5份，着色剂0～3份。
所述热塑性高分子材料为聚己内酯，聚氨酯，聚二甲基硅氧烷，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚醋酸乙烯酯，乙烯丙烯酸共聚物，聚乙烯基吡咯烷酮，聚醚醚酮，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚乳酸，聚乙烯，聚羟基烷酸酯或葡甘聚糖中的一种以上。
所述聚己内酯的平均分子量为20000-100000，聚氨酯的平均分子量为10000-20000，聚二甲基硅氧烷的平均分子量为10000-100000，聚对苯二甲酸乙二醇酯的平均分子量为10000-20000，聚醋酸乙烯酯的平均分子量为20000-60000，乙烯丙烯酸共聚物的平均分子量为10000-100000，聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量为60000-100000，聚醚醚酮的平均分子量为15000-50000，聚甲基丙烯酸甲酯的平均分子量为10000-20000，聚乙烯醇的平均分子量为10000-20000，聚乳酸的平均分子量为1000-90000，聚乙烯的平均分子量为100000-200000，聚羟基烷酸酯的平均分子量为10000-200000。
所述聚氨酯是由聚四氢呋喃二醇与六亚甲基二异氰酸酯在有机溶剂中采用溶液法制备而成。
所述植物纤维为木屑纤维，竹屑纤维，稻壳纤维，稻草纤维，麦秸秆纤维，玉米秸秆纤维，棉花秆纤维，甘蔗纤维，亚麻纤维，苎麻纤维，黄麻纤维，竹纤维，棉纤维，木棉纤维，剑麻纤维，蕉麻纤维，椰子纤维中一种以上，所述植物纤维为粉末状，其直径为0.01～3mm。
所述无机填料为碳酸钙、高岭土或钛白粉中的一种以上。
所述交联剂为硅烷偶联剂。所述硅烷偶联剂为KH-540、KH-550、KH-560、KH-570、KH-590、KH-792、Si-602、Si-563、A-171、A-172或Si-780中的一种以上。
所述着色剂为钛白粉(二氧化钛)、锌粉(氧化锌)、镉红、三氧化二铁、炭黑、铬黄、锌黄或汉沙黄中的一种以上。
所述用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法，具体包括以下步骤：
将热塑性高分子材料、植物纤维、无机填料、交联剂以及着色剂进行混炼，挤出，压制，得到低温热塑性材料。
所述混炼的温度为80～100℃，所述混炼的时间为1～5h；所述压制的温度为60～80℃，所述压制的时间为20～35min。
所述的低温热塑性材料的软化温度为40～65℃。
所述低温热塑性材料用于具有弧形、不规则等结构的儿童玩具模型、医学解剖模型、教学模型、汽车模型、军事模型、航空模型、航海模型、工程机械模型等等模型制品及3D打印模型。
相比与现有技术，本发明的优点如下：
(1)本发明的低温热塑性材料的软化温度为40～65℃，方便模型修整；
(2)本发明的低温热塑性材料采用了植物纤维，具有环保、节能以及增韧效果；
(3)本发明采用硅烷偶联剂，增强了热塑性高分子与无机材料的复合效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法为：
在密闭干燥的混炼机中，加入70重量份的聚己内酯(分子量30000)，20重量份的植物纤维(木屑纤维，其粒径为1～2mm)，7.5重量份的碳酸钙，2重量份硅烷偶联剂(KH550)和0.5重量份的着色剂(钛白粉)，于85℃混炼2h，挤出、造粒；将颗粒状的材料放入热塑性平板制造机中，于75℃保温保压30min，制得板材。所述板材拉伸强度为14MPa，软化温度为65℃，密度为1.415g/mL。
实施例2
一种用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法为：
在密闭干燥的混炼机中，加入70重量份的热塑性聚氨酯(分子量20000)，20重量份的植物纤维(稻壳纤维，稻草纤维，麦秸秆纤维重量比为1∶1∶1)，4.5重量份的碳酸钙，5重量份的硅烷偶联剂(KH570)和0.5重量份的着色剂(三氧化二铁)，于80℃混炼2h，挤出、造粒；将颗粒状的材料放入热塑性平板制造机中，于68℃保温保压35min，制得板材。所述板材拉伸强度为12MPa，软化温度为49～50℃，密度为1.42g/ml。
实施例3
一种用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法为：
在密闭干燥的混炼机中，加入80重量份的聚己内酯(分子量30000)，20重量份的热塑性聚氨酯(分子量20000)，15重量份的植物纤维(玉米秸秆纤维，棉花秆纤维，甘蔗纤维重量比为1∶1∶1)，1.5重量份的高岭土，3重量份的硅烷偶联剂(KH570)和0.5重量份的着色剂(铬黄)，于80℃混炼2h，挤出、造粒；将颗粒状的材料放入热塑性平板制造机中，于70℃保温保压30min，制得板材。所述板材拉伸强度为12.6MPa，软化温度为57～60℃，密度为1.466g/ml。
实施例4
一种用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法为：
在密闭干燥的混炼机中，加入80重量份的聚己内酯(分子量30000)，20重量份的聚二甲基硅氧烷(分子量为20000)，15重量份的植物纤维(亚麻，苎麻，黄麻重量比为1∶1∶1)，5重量份的高岭土，3重量份的硅烷偶联剂(KH570)，于80℃混炼2h，挤出、造粒；将颗粒状的材料放入热塑性平板制造机中，于70℃保温保压30min，制得板材。所述板材拉伸强度为11.5MPa，软化温度为50～53℃，密度为1.39g/mL。
实施例5
一种用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法为：
在密闭干燥的混炼机中，加入70重量份的热塑性聚氨酯(分子量20000)，20重量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯(15000)，20重量份的植物纤维(竹纤维，棉纤维，木棉纤维重量比为1∶1∶1)，4.5重量份的碳酸钙，5重量份的硅烷偶联剂(KH570)和0.5重量份的着色剂(三氧化二铁)，于80℃混炼2h，挤出、造粒；将颗粒状的材料放入热塑性平板制造机中，于68℃保温保压30min，制得板材。所述板材拉伸强度为10MPa，软化温度为49～52℃，密度为1.374g/ml。
实施例6
一种用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法为：
在密闭干燥的混炼机中，加入70重量份的聚己内酯(分子量30000)，20重量份的植物纤维(剑麻纤维，蕉麻纤维，椰子纤维重量比为1∶1∶1)，8重量份的碳酸钙，4重量份的硅烷偶联剂(KH570)和0.5重量份的着色剂(钛白粉)，于85℃混炼2h，挤出、造粒；将颗粒状的材料放入热塑性平板制造机中，于75℃保温保压30min，制得板材。所述板材拉伸强度为13MPa，软化温度为60℃，密度为1.4g/mL。

Claims (10)

1.一种用于模型制品的低温热塑性材料，其特征在于：由以下按重量份数计的组分制备而成：热塑性高分子材料70～100份，植物纤维10～20份，无机填料1～10份，交联剂1～5份，着色剂0～3份。
2.根据权利要求1所述用于模型制品的低温热塑性材料，其特征在于：所述热塑性高分子材料为聚己内酯，聚氨酯，聚二甲基硅氧烷，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚醋酸乙烯酯，乙烯丙烯酸共聚物，聚乙烯基吡咯烷酮，聚醚醚酮，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚乳酸，聚乙烯，聚羟基烷酸酯或葡甘聚糖中的一种以上。
3.根据权利要求2所述用于模型制品的低温热塑性材料，其特征在于：所述聚己内酯的平均分子量为20000-100000，聚氨酯的平均分子量为10000-20000，聚二甲基硅氧烷的平均分子量为10000-100000，聚对苯二甲酸乙二醇酯的平均分子量为10000-20000，聚醋酸乙烯酯的平均分子量为20000-60000，乙烯丙烯酸共聚物的平均分子量为10000-100000，聚乙烯基吡咯烷酮的平均分子量为60000-100000，聚醚醚酮的平均分子量为15000-50000，聚甲基丙烯酸甲酯的平均分子量为10000-20000，聚乙烯醇的平均分子量为10000-20000，聚乳酸的平均分子量为1000-90000，聚乙烯的平均分子量为100000-200000，聚羟基烷酸酯的平均分子量为10000-200000。
4.根据权利要求1所述用于模型制品的低温热塑性材料，其特征在于：所述植物纤维为木屑纤维，竹屑纤维，稻壳纤维，稻草纤维，麦秸秆纤维，玉米秸秆纤维，棉花秆纤维，甘蔗纤维，亚麻纤维，苎麻纤维，黄麻纤维，竹纤维，棉纤维，木棉纤维，剑麻纤维，蕉麻纤维或椰子纤维中一种以上。
5.根据权利要求1所述用于模型制品的低温热塑性材料，其特征在于：所述无机填料为碳酸钙、高岭土或钛白粉中的一种以上。
6.根据权利要求1所述用于模型制品的低温热塑性材料，其特征在于：所述交联剂为硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1所述用于模型制品的低温热塑性材料，其特征在于：所述着色剂为钛白粉、锌粉、镉红、三氧化二铁、炭黑、铬黄、锌黄或汉沙黄中的一种以上。
8.根据权利要求1～7任一项所述用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
将热塑性高分子材料、植物纤维、无机填料、交联剂以及着色剂进行混炼，挤出，压制，得到低温热塑性材料。
9.根据权利要求8所述用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法，其特征在于：所述混炼的温度为80～100℃，混炼时间为1～5h；所述压制的温度为60～80℃，所述压制的时间为20～35min。
10.根据权利要求8所述用于模型制品的低温热塑性材料的制备方法，其特征在于：所述的低温热塑性材料的软化温度为40～65℃。
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