CN105906946A - 一种用于3d打印的玻璃微纤维改性线材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材及其制备方法，所述线材其原料按重量份计包括：PP40‑70份、玻璃微纤维30‑45份、改性助剂0‑15份，所述改性助剂为有机铬络合剂、硅烷类络合剂、钛酸酯类络合剂、铝酸化合物络合剂中的一种或几种。本发明还公开了所述线材的制备方法，其操作简单易行。本发明使用玻璃微纤维对PP材料进行改性，并使用了改性助剂，对PP机械性能有显著提高，具体来说，本发明添加适当比例的玻璃微纤维，可以使PP拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量的提升效果比添加玻璃纤维更高，并且将所述线材运用于3D打印可使材料成本降低，进一步推进3D打印快速发展。

Description

一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材及其制备方法
技术领域
本发明属于3D打印材料技术领域，具体涉及一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材及其制备方法。
背景技术
3D打印是快速成型技术中的一种，它是以数字模型文件为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。材料是3D打印的物质基础，也是当前制约3D打印发展的瓶颈。3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶材料、金属材料和陶瓷材料等。
聚丙烯(俗称PP)，是五大通用塑料，其具有优良的综合性能、良好化学稳定性、较好的成型加工性能和相对低廉的价格；但也存在强度差、成型收缩大、易老化等缺点，因此在3D打印领域的应用受到限制。为了提高PP的性能、改善成型加工性、降低成本等，需要进行填充改性，比如在原材料中加入滑石粉、碳酸钙、二氧化钛、云母、碳纤维、硼纤维、玻璃纤维等。经过本领域技术人员研究发现，在PP原材料中加入玻璃纤维以增强打印材料性能是最有效的。一般3D打印材料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)耐热温度在80-98℃，而玻璃纤维改性PP材料耐热温度可达到135-145℃。现有技术一般采用常规玻璃纤维改性PP材料，具体来说，按适当的方式添加适当比例的玻璃纤维，可以使PP拉伸强度由20-30MPa提升到65-90MPa，弯曲强度由25-50MPa提升到70-120MPa，弯曲模量由800-1500MPa提升到3000-4500MPa。
但是使用玻璃纤维增强PP存在诸多难点，如玻璃纤维过短，只有填充作用，纤维过长，会影响界面结合，使产品表面性能不好，玻璃纤维添加过多影响流动性，降低补强作用，纤维添加过少，达不到增强性能，所以现有技术添加常规玻璃纤维仍存在很多技术缺陷。
因此如何添加玻璃纤维以增强PP打印材料性能是本领域技术人员仍需解决的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材，以解决3D打印材料成本过高，推广受限等问题，本发明使用玻璃微纤维代替现有技术常用的玻璃纤维，其可以实现PP打印材料更好的性能；本发明的目的之二在于提供所述用于3D打印的玻璃微纤维改性线材的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
1、一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材，其原料按重量份计包括：PP40-70份、玻璃微纤维30-45份、改性助剂0-15份，所述改性助剂为有机铬络合剂、硅烷类络合剂、钛酸酯类络合剂、铝酸化合物络合剂中的一种或几种。
优选的，所述玻璃微纤维为玻璃微纤维火焰棉。
更优选的，所述玻璃微纤维火焰棉通过一次牵引，二次火焰喷吹的方式生产，所述玻璃微纤维火焰棉的纤维直径为0.1-2.6μm，纤维长度为0.001-3mm。
优选的，所述线材线径为1-3.5mm，拉伸强度为55-90MPa，延伸率为2％-5％，弯曲强度为70-95MPa，弯曲模量为3000-6500MPa。
2、所述用于3D打印的玻璃微纤维改性线材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)在喂料口投入PP粒料在温度为160-240℃进行熔融形成PP熔融液，再将熔融液输送至料道，所述粒料在熔融时保持旋转防治粒料局部温差过高；
2)玻璃微纤维火焰棉经牵引并施加改性助剂，然后进入料道与PP熔融液搅拌成混合料，PP熔融液包裹在玻璃微纤维火焰棉表面，所述搅拌频率为10-200r/min；
3)将步骤2)所述混合料经过常规挤出、冷却定型、牵引、收卷，得到卷状线材。
优选的，步骤2)所述改性助剂在玻璃微纤维火焰棉成型后立即施加，采用雾化方式施加在玻璃微纤维火焰棉表面。
优选的，所述料道长度为1m-15m。
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材及其制备方法，本发明使用玻璃微纤维对PP材料进行改性，并使用了改性助剂，对PP机械性能有显著提高，具体来说，本发明添加适当比例的玻璃微纤维，可以使PP拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量的提升效果比添加玻璃纤维更高，并且将所述线材运用于3D打印可使材料成本降低，进一步推进3D打印快速发展；并且本发明公开的用于3D打印的玻璃微纤维改性线材的制备方法操作简单易行。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
以下实施例所用玻璃微纤维火焰棉通过一次牵引，二次火焰喷吹的方式生产，所述纤维直径为0.1-2.6μm，纤维长度为0.001-3mm。
实施例1
用于3D打印的玻璃微纤维改性线材按如下方法制备：
1)在喂料口投入4kg PP粒料在温度为200℃进行熔融形成PP熔融液，再将熔融液输送至料道，所述粒料在熔融时保持旋转防治粒料局部温差过高；
2)将2.15kg玻璃微纤维火焰棉经风力牵引、梳理并施加有机铬络合剂，然后进入料道与PP熔融液搅拌成混合料，PP熔融液包裹在玻璃微纤维火焰棉表面，所述搅拌频率为25r/min，料道长度5m，混料时间10min。
3)将步骤2)所述混合料经过常规挤出、冷却定型、牵引、收卷，得到卷状线材，
制得的线材线径为1.75mm。
对实施例1制备的线材进行测定，得到如表1所示的性能数据：
表1实施例所制备线材性能
玻纤比例 延伸率 弯曲强度 弯曲模量
35％ 5％ 71MPa 5200MPa
实施例2
用于3D打印的玻璃微纤维改性线材按如下方法制备：
1)在喂料口投入5kg PP粒料在温度为210℃进行熔融形成PP熔融液，再将熔融液输送至料道，所述粒料在熔融时保持旋转防治粒料局部温差过高；
2)将1.25kg玻璃微纤维火焰棉经风力牵引、梳理并施加硅烷类助剂，然后进入料道与PP熔融液搅拌成混合料，PP熔融液包裹在玻璃微纤维火焰棉表面，所述搅拌频率为70r/min，料道长度3m，混料时间5min。
3)将步骤2)所述混合料经过常规挤出、冷却定型、牵引、收卷，得到卷状线材。
对实施例2制备的线材进行测定，得到如表2所示的性能数据：
制得的线材线径为3.2mm。
表2实施例所制备线材性能
玻纤比例 延伸率 弯曲强度 弯曲模量
40％ 4.3％ 82MPa 6000MPa
实施例3
用于3D打印的玻璃微纤维改性线材按如下方法制备：
1)在喂料口投入5kg PP粒料在温度为230℃进行熔融形成PP熔融液，再将熔融液输送至料道，所述粒料在熔融时保持旋转防治粒料局部温差过高；
2)将4kg玻璃微纤维火焰棉经风力牵引、梳理并施加硅烷类络合剂与铝酸化合物络合剂混合液(2:1)，然后进入料道与PP熔融液搅拌成混合料，PP熔融液包裹在玻璃微纤维火焰棉表面，所述搅拌频率为120r/min，料道长度1.5m，混料时间2min。
3)将步骤2)所述混合料经过常规挤出、冷却定型、牵引、收卷，得到卷状线材。
制得的线材线径为3.0mm。
对实施例3制备的线材进行测定，得到如表3所示的性能数据：
表3实施例所制备线材性能
玻纤比例 延伸率 弯曲强度 弯曲模量
45％ 2.2％ 89MPa 6300MPa
由以上实施例可看出，本发明使用玻璃微纤维对PP材料进行改性，并使用了改性助剂，对PP机械性能有显著提高，具体来说，添加适当比例的玻璃微纤维，可以使PP原料的延伸率、弯曲强度、弯曲模量均有增加，并且效果比添加玻璃纤维好。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材，其特征在于，其原料按重量份计包括：PP40-70份、玻璃微纤维30-45份、改性助剂0-15份，所述改性助剂为有机铬络合剂、硅烷类络合剂、钛酸酯类络合剂、铝酸化合物络合剂中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材，其特征在于，所述玻璃微纤维为玻璃微纤维火焰棉。
3.根据权利要求2所述一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材，其特征在于，所述玻璃微纤维火焰棉通过一次牵引，二次火焰喷吹的方式生产，所述玻璃微纤维火焰棉的纤维直径为0.1-2.6μm，纤维长度为0.001-3mm。
4.根据权利要求1所述一种用于3D打印的玻璃微纤维改性线材，其特征在于，所述线材线径为1-3.5mm，拉伸强度为55-90MPa，延伸率为2％-5％，弯曲强度为70-95MPa，弯曲模量为3000-6500MPa。
5.权利要求1～4任一项所述用于3D打印的玻璃微纤维改性线材的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1)在喂料口投入PP粒料在温度为160-240℃进行熔融形成PP熔融液，再将熔融液输送至料道，所述粒料在熔融时保持旋转防治粒料局部温差过高；
2)玻璃微纤维火焰棉经牵引并施加改性助剂，然后进入料道与PP熔融液搅拌成混合料，PP熔融液包裹在玻璃微纤维火焰棉表面，所述搅拌频率为10-200r/min；
3)将步骤2)所述混合料经过常规挤出、冷却定型、牵引、收卷，得到卷状线材。
6.根据权利要求5所述用于3D打印的玻璃微纤维改性线材的制备方法，其特征在于，步骤2)所述改性助剂在玻璃微纤维火焰棉成型后立即施加，采用雾化方式施加在玻璃微纤维火焰棉表面。
7.根据权利要求5所述用于3D打印的玻璃微纤维改性线材的制备方法，其特征在于，所述料道长度为1m-15m。
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