CN106280071B - 一种用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料及其制备方法,其是由聚烯烃树脂100份、钛酸钾晶须5～45份、偶联剂0.5～2.5份、抗氧剂0.05～0.5份、热稳定剂0.05～0.5份以及润滑剂0.05～0.5份经混合、模压制成。本发明制备的用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料，具有成型速度快、机械强度高、耐热性高和尺寸稳定性好等特点，同时复合材料所涉及的制备工艺简单，可直接应用和推广于激光层压成型快速成型领域，能直接加工为结构件。

Description

一种用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于激光层压成型原料改性领域，具体涉及一种用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料及其制备方法。
背景技术
激光层压成型技术，是一种以三维模型为基准，通过计算机指令控制，利用激光切割技术将涂覆有热熔胶的箔材快速构建为三维实体的一种快速成型技术。激光层压成型技术具有多种优势：三维模型无需整个断面，方案设计速度快；成型过程中无需支撑结构；制品可直接使用；对环境无污染等。同时这项技术也存在一定的不足：可选原料种类少；制品机械强度一般；材料热稳定性较差；制品尺寸稳定性不足等。
本发明创新性的以聚丙烯树脂为基体，以钛酸钾晶须为改性材料，制备了用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料，改性后的材料具有成型速度快、机械强度高、耐热性高和尺寸稳定性好等特点，同时复合材料所涉及的制备工艺简单，可直接应用和推广于激光层压成型快速成型领域，能直接加工为结构件。
发明内容
本发明提供了一种用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料及其制备方法，具有成型速度快、机械强度高、耐热性高和尺寸稳定性好等特点，能直接激光层压成型为结构件。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料及其制备方法，其特征在于，由以下组分按重量份制备而成：
聚烯烃树脂100份，
钛酸钾晶须5～45份，
偶联剂0.5～2.5份，
抗氧剂0.05～0.5份，
热稳定剂0.05～0.5份，
润滑剂0.05～0.5份。
所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂或聚氯乙烯树脂。
所述的钛酸钾晶须为二钛酸钾晶须或四钛酸钾晶须，晶须长度为5～50μm。
所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷。
所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或硫代二丙酸双十八醇酯。
所述的热稳定剂为硬脂酸钙或硬脂酸钡。
所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。
本发明的另一个发明目的是提供上述一种用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将树脂基体100份、钛酸钾晶须5～45份、偶联剂0.5～2.5份、抗氧剂0.05～0.5份、热稳定剂0.05～0.5份以及润滑剂0.05～0.5份混合均匀得预混合料；
（2）用模压机模具在180-220℃条件下经模压成厚度为0.5-2.5mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
本发明创新性的以聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂为基体，以钛酸钾晶须为改性材料，制备了用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料，改性后的材料具有成型速度快、机械强度高、耐热性高和尺寸稳定性好等特点，同时复合材料所涉及的制备工艺简单，可直接应用和推广于激光层压成型快速成型领域，能直接加工为结构件。
所以本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备的钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料可直接应用和推广于激光层压成型快速成型领域，能直接加工为结构件；
2、钛酸钾晶须的引入增加了树脂中的固体含量，在成型过程中可以大幅提高固化效率，提高成型速度；
3、钛酸钾晶须是目前已知纤维中强度最高的一种，本发明所选用的二钛酸钾晶须和四钛酸钾晶须均具有层状结构，用以填充聚烯烃树脂可以提高材料整体的机械强度；
4、钛酸钾晶须是优异的耐热晶须材料，用以填充聚烯烃树脂可以提高材料整体的耐热性；
5、本发明涉及的复合材料制备工艺简单，生产周期和制造成本均得到缩减，可直接应用和推广于激光层压成型快速成型领域。
具体实施方法
下面结合具体实例对本发明内容进行进一步的说明，但所述实施例并非是对本发明实质精神的简单限定，任何基于本发明实质精神所作出的简单变化或等同替换均应属于本发明所要求保护的范围之内。
本发明制备的钛酸钾晶须复合材料在23℃、50%湿度环境下分别采用ASTM D6110、ASTM D648和ASTM D955检测复合材料的冲击强度、热变形温度和收缩率，同时记录制品成型速度。
本发明的具体实施例如下：
实施例1
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂基体100份，
二钛酸钾晶须5份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.02份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03份，
热稳定剂硬脂酸钙0.05份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份。
（2）用模压机模具在180℃条件下经模压成厚度为0.5mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
实施例2
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂基体100份，
二钛酸钾晶须15份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.05份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.08份，
热稳定剂硬脂酸钙0.15份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.15份。
（2）用模压机模具在190℃条件下经模压成厚度为1mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
实施例3
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂基体100份，
二钛酸钾晶须25份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.5份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.1份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.12份，
热稳定剂硬脂酸钙0.25份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.25份。
（2）用模压机模具在200℃条件下经模压成厚度为1.5mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
实施例4
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂基体100份，
二钛酸钾晶须35份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.15份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.18份，
热稳定剂硬脂酸钙0.35份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.35份。
（2）用模压机模具在210℃条件下经模压成厚度为2mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
实施例5
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂基体100份，
二钛酸钾晶须45份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.5份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.2份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.3份，
热稳定剂硬脂酸钙0.5份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.5份。
（2）用模压机模具在220℃条件下经模压成厚度为2.5mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
实施例6
（1）按以下比例配备原料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
四钛酸钾晶须5份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷0.5份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.02份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.03份，
热稳定剂硬脂酸钡0.05份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.05份。
（2）用模压机模具在190℃条件下经模压成厚度为1mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
实施例7
（1）按以下比例配备原料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
四钛酸钾晶须15份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷1份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.05份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.08份，
热稳定剂硬脂酸钡0.15份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.15份。
（2）用模压机模具在200℃条件下经模压成厚度为1.5mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
实施例8
（1）按以下比例配备原料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
四钛酸钾晶须25份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷1.5份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.1份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.12份，
热稳定剂硬脂酸钡0.25份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.25份。
（2）用模压机模具在200℃条件下经模压成厚度为1.5mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
实施例9
（1）按以下比例配备原料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
四钛酸钾晶须35份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷2份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.15份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.18份，
热稳定剂硬脂酸钡0.35份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.35份。
（2）用模压机模具在210℃条件下经模压成厚度为2mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
实施例10
（1）按以下比例配备原料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
四钛酸钾晶须45份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷2.5份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.2份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.3份，
热稳定剂硬脂酸钡0.5份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.5份。
（2）用模压机模具在220℃条件下经模压成厚度为2.5mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料性能见表一。
对照实例1
（1）按以下比例配备原料：
聚丙烯树脂基体100份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.02份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03份，
热稳定剂硬脂酸钙0.05份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份。
（2）用模压机模具在180℃条件下经模压成厚度为0.5mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得材料性能见表一。
对照实例2
（1）按以下比例配备原料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.02份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.03份，
热稳定剂硬脂酸钡0.05份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.05份。
（2）用模压机模具在190℃条件下经模压成厚度为1mm的箔材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
所制得材料性能见表一。
表一：性能测试
性能 冲击强度（KJ/m<sup>2</sup>） 热变形温度(℃) 收缩率(%) 成型速度(cm<sup>3</sup>/h)
实施例1 10 105 0.68 53
实施例2 11 110 0.63 55
实施例3 11 113 0.60 57
实施例4 13 116 0.55 60
实施例5 12 114 0.58 58
实施例6 16 107 0.45 48
实施例7 16 112 0.41 51
实施例8 17 115 0.39 55
实施例9 19 118 0.35 58
实施例10 18 116 0.37 56
对照实例1 8 70 1.20 38
对照实例2 13 80 0.85 35
本发明制备的钛酸钾晶须改性聚烯烃复合材料具有成型速度快、机械强度高、耐热性高和尺寸稳定性好等特点。根据表一数据，实施例1-5与对照实例1的聚丙烯相比较而言，本发明制备的钛酸钾晶须复合材料的缺口冲击强度最大为13KJ/m2，较改性前（对照实例1）提高62.5%；热变形温度最高为116℃，较改性前提高65.7%；收缩率最小为0.55%，较改性前减小54.2%；成型速度最快为60cm3/h，较改性前提高57.9%。实施例6-10与对照实例2的聚氯乙烯材料而言，本发明制备的钛酸钾晶须复合材料的缺口冲击强度最大为19KJ/m2，较改性前（对照实例2）提高46.2%；热变形温度最高为118℃，较改性前提高47.5%；收缩率最小为0.35%，较改性前减小58.8%；成型速度最快为58cm3/h，较改性前提高65.7%。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钛酸钾晶须复合材料在激光层压成型中的应用，其特征在于：所述钛酸钾晶须复合材料由以下组分按重量份制备而成：
聚烯烃树脂100份，
钛酸钾晶须5～45份，
偶联剂0.5～2.5份，
抗氧剂0.05～0.5份，
热稳定剂0.05～0.5份，
润滑剂0.05～0.5份，
所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂或聚氯乙烯树脂。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须复合材料在激光层压成型中的应用，其特征在于：所述的钛酸钾晶须为晶须长度为5～50μm的二钛酸钾晶须或四钛酸钾晶须。
3.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须复合材料在激光层压成型中的应用，其特征在于：所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须复合材料在激光层压成型中的应用，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或硫代二丙酸双十八醇酯。
5.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须复合材料在激光层压成型中的应用，其特征在于：所述的热稳定剂为硬脂酸钙或硬脂酸钡。
6.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须复合材料在激光层压成型中的应用，其特征在于：所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。
7.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须复合材料在激光层压成型中的应用，其特征在于：所述钛酸钾晶须复合材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将聚烯烃树脂100份、钛酸钾晶须5～45份、偶联剂0.5～2.5份、抗氧剂0.05～0.5份、热稳定剂0.05～0.5份以及润滑剂0.05～0.5份混合均匀得预混合料；
（2）用模压机模具在180-220℃条件下经模压成厚度为0.5-2.5mm的带材，即得到用于激光层压成型的钛酸钾晶须复合材料。
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