CN106280410A - 一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料及其制备方法，其是由尼龙微球100份、钛酸钾晶须10～40份、偶联剂0.5～2.5份、润滑剂0.05～0.5份、光稳剂0.05～0.5份、消泡剂1～5份、流平剂1～5份以及抗氧剂0.05～0.5份制成。本发明以尼龙微球为基体，以钛酸钾晶须为改性材料制备了用于激光烧结快速成型领域的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，其具有优异的力学强度和耐磨性等特点，同时大幅提高了复合材料的成型速度。
Description
技术领域
本发明涉及高分子改性材料技术领域，具体涉及一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料及其制备方法。
背景技术
激光烧结成型技术是一种高效快速成型技术，利用特定波长与强度的激光聚焦在粉末材料表面，按照由点到线、由线到面的原则绘制出平面结构，并利用垂直高度的调节完成三维结构的实体制作。激光烧结快速成型技术能够快速成型中、小型制件，并具有构建速度快、可选用原料种类多和过程控制简单等优点。其中在工程塑料原料领域常用材料为尼龙等工程塑料粉末，其粉末材料通常采用直接粉碎或溶解析出的方法制备，直接粉碎所得到的材料均一性差，溶解析出制备工艺复杂且具有一定的毒害性，两种方法制备的材料所制得制品在强度和韧性方面存在较大不足。
尼龙微球是一种粒径可控的高分资料尼龙微球材料，在激光烧结成型领域逐步取代粉末材料成为应用重点。钛酸钾晶须是一种直径微米级别的高强度晶须材料，微米级的尺寸决定了晶须内不会存在位错和孔隙等缺陷，决定了钛酸钾晶须在力学强度、耐磨性以及抗疲劳性等方面有优异的表现。
本发明创新性地以尼龙微球为基体，以钛酸钾晶须为改性材料制备了用于激光烧结快速成型领域的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料。本发明制备的复合材料具有优异的力学强度和耐磨性等特点，同时大幅提高了复合材料的成型速度。此外本发明涉及的复合材料制备工艺简单，可直接应用于以快速成型为基础的大规模工业化生产。
发明内容
本发明提供了一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料在快速成型领域的应用，所制备的复合材料具有优异的力学强度和耐磨性等特点，同时大幅提高了复合材料的成型速度。此外本发明涉及的复合材料制备工艺简单，可直接应用于以快速成型为基础的大规模工业化生产。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，由以下组分按重量份制备而成：
尼龙微球100份，
钛酸钾晶须10～40份，
偶联剂0.5～2.5份，
润滑剂0.05～0.5份，
光稳剂0.05～0.5份，
消泡剂1～5份，
流平剂1～5份，
抗氧剂0.05～0.5份。
进一步方案，所述的尼龙微球为尼龙6或尼龙12微球，其粒径为0.1μm～500μm。
进一步方案，所述的钛酸钾晶须为长度为5～100μm的六钛酸钾晶须或八钛酸钾晶须。
进一步方案，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。
进一步方案，所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。
进一步方案，所述的光稳剂为2,4-二羧基二苯甲酮或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
进一步方案，所述的消泡剂为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚或聚醚硅氧烷。
进一步方案，所述的流平剂为有机硅-环氧丙烷共聚物或聚二甲基硅氧烷。
进一步方案，所述的抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和 双（2，4—二酷基）季戊四醇二亚磷酸酯中的两种。
本发明的另一个发明目的是提供上述钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料的制备方法，在容器陆续中加入尼龙微球100份、钛酸钾晶须10～40份、偶联剂0.5～2.5份、润滑剂0.05～0.5份、光稳剂0.05～0.5份、消泡剂1～5份、流平剂1～5份和抗氧剂0.05～0.5份，在35℃～75℃条件下高速搅拌20min～40min至分散均匀所得。所述的尼龙微球为尼龙6或尼龙12微球，粒径为0.1μm～500μm。
本发明以尼龙微球为基体，以钛酸钾晶须为改性材料制备了用于激光烧结快速成型领域的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料。其制备的复合材料具有优异的力学强度和耐磨性等特点，同时大幅提高了复合材料的成型速度。此外本发明涉及的复合材料制备工艺简单，可直接应用于以快速成型为基础的大规模工业化生产。
本发明的有益效果有：
1、所选用钛酸钾晶须直径为微米级别，因此晶须内不会存在位错和孔隙等缺陷，具有较高的力学强度，用来改性尼龙微球后可以大幅提高复合材料的拉伸和冲击等力学性能；
2、本发明选用的钛酸钾晶须为六钛酸钾晶须和八钛酸钾晶须，两种晶须均为八面体和共棱结构连接而成的风洞结构，轴向与晶须方向平行，此外钛酸钾晶须的导热系数较低，因此在结构和性能上都决定了以钛酸钾晶须改性尼龙微球材料会大幅提高复合材料的耐磨性；
3、采用钛酸钾晶须材料改性尼龙微球，在成型过程中可以有效耐受激光照射，在成型过程中起到骨架作用，显著提高复合材料的成型速度。
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。如无特别说明，各实例中所述份数均为重量份。
制备的样品在23℃、50%湿度环境下调节后，分别采用ASTM D638、ASTM D6110和ASTM D1242检测拉伸强度、冲击强度和耐磨性，同时记录成型速度。
本发明的具体实施例如下：
实例
1
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6微球100份，
六钛酸钾晶须10份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份，
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.05份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚1份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物1份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.02份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在35℃条件下高速搅拌20min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
实例
2
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6微球100份，
六钛酸钾晶须15份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.15份，
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.15份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚2份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物2份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.05份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.08份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在45℃条件下高速搅拌25min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
实例
3
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6微球100份，
六钛酸钾晶须20份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.5份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.25份，
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.25份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚3份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物3份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.12份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.15份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在55℃条件下高速搅拌30min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
实例
4
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6微球100份，
六钛酸钾晶须30份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.35份，
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.35份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚4份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物4份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.15份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.2份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在65℃条件下高速搅拌35min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
实例
5
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6微球100份，
六钛酸钾晶须40份，
偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.5份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.5份，
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.5份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚5份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物5份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.2份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.3份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在75℃条件下高速搅拌40min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
实例
6
（1）按以下比例配备原料：
尼龙12微球100份，
八钛酸钾晶须10份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷0.5份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.05份，
光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.05份，
消泡剂聚醚硅氧烷1份，
流平剂聚二甲基硅氧烷1份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.02份，
抗氧剂双（2，4—二酷基）季戊四醇二亚磷酸酯0.03份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在35℃条件下高速搅拌20min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
实例
7
（1）按以下比例配备原料：
尼龙12微球100份，
八钛酸钾晶须15份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷1份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.15份，
光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.15份，
消泡剂聚醚硅氧烷2份，
流平剂聚二甲基硅氧烷2份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.05份，
抗氧剂双（2，4—二酷基）季戊四醇二亚磷酸酯0.08份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在45℃条件下高速搅拌25min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
实例
8
（1）按以下比例配备原料：
尼龙12微球100份，
八钛酸钾晶须20份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷1.5份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.25份，
光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.25份，
消泡剂聚醚硅氧烷3份，
流平剂聚二甲基硅氧烷3份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.12份，
抗氧剂双（2，4—二酷基）季戊四醇二亚磷酸酯0.15份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在55℃条件下高速搅拌30min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
实例
9
（1）按以下比例配备原料：
尼龙12微球100份，
八钛酸钾晶须30份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷2份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.35份，
光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.35份，
消泡剂聚醚硅氧烷4份，
流平剂聚二甲基硅氧烷4份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.15份，
抗氧剂双（2，4—二酷基）季戊四醇二亚磷酸酯0.2份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在65℃条件下高速搅拌35min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
实例
10
（1）按以下比例配备原料：
尼龙12微球100份，
八钛酸钾晶须40份，
偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷2.5份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.5份，
光稳剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0. 5份，
消泡剂聚醚硅氧烷5份，
流平剂聚二甲基硅氧烷5份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.2份，
抗氧剂双（2，4—二酷基）季戊四醇二亚磷酸酯0.3份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在75℃条件下高速搅拌40min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料性能见表一。
对照实例1
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6粉末100份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份，
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.05份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚1份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物1份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.02份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在35℃条件下高速搅拌20min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的尼龙粉末材料性能见表一。
对照实例2
（1）按以下比例配备原料：
尼龙6微球100份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份，
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.05份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚1份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物1份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.02份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在35℃条件下高速搅拌20min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的尼龙6微球材料性能见表一。
对照实例3
（1）按以下比例配备原料：
尼龙12微球100份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份，
光稳剂2,4-二羧基二苯甲酮0.05份，
消泡剂环氧乙烷环氧丙烷共聚醚1份，
流平剂有机硅-环氧丙烷共聚物1份，
抗氧剂N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺0.02份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03份。
（2）在容器陆续中加入以上材料，并在35℃条件下高速搅拌20min至分散均匀，经激光烧结成型为所需制件。
所制备的尼龙12微球材料性能见表一。
表一：
| 性能 | 拉伸强度（MPa） | 冲击强度（kJ·m-2） | 泰伯磨耗（mg/1000次） | 成型速度(cm3/h) |
| 实施例1 | 77 | 48 | 10 | 49 |
| 实施例2 | 80 | 50 | 9 | 53 |
| 实施例3 | 83 | 53 | 9 | 55 |
| 实施例4 | 87 | 56 | 7 | 59 |
| 实施例5 | 86 | 54 | 8 | 57 |
| 实施例6 | 85 | 58 | 13 | 58 |
| 实施例7 | 92 | 61 | 11 | 61 |
| 实施例8 | 96 | 63 | 10 | 63 |
| 实施例9 | 102 | 66 | 8 | 66 |
| 实施例10 | 100 | 65 | 9 | 64 |
| 对照实例1 | 46 | 29 | 21 | 30 |
| 对照实例2 | 57 | 38 | 12 | 37 |
| 对照实例3 | 70 | 43 | 18 | 40 |
本发明以尼龙微球为基体，以钛酸钾晶须为改性材料制备一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，具有优异的力学强度和耐磨性等特点，在快速成型领域得到广泛的应用。通过表一中数据可知，本发明所制备的钛酸钾晶须改性尼龙6微球复合材料（实施例1-5），其拉伸强度最大为87MPa，较改性前（对照实例2）提高52.6%；冲击强度最大为56KJ/m2，较改性前提高47.4%；泰伯磨耗最小为7，较改性前降低41.7%；成型速度最快为59cm3/h，较改性前提高59.5%。
本发明所制备的钛酸钾晶须改性尼龙12微球复合材料（实施例6-10）的拉伸强度最大为102MPa，较改性前（对照实例3）提高45.7%；冲击强度最大为66KJ/m2，较改性前提高53.5%；泰伯磨耗最小为8，较改性前降低55.6%；成型速度最快为66cm3/h，较改性前提高65.0%。
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 (10)
1.一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，其特征在于：由以下组分按重量份制备而成：
尼龙微球100份，
钛酸钾晶须10～40份，
偶联剂0.5～2.5份，
润滑剂0.05～0.5份，
光稳剂0.05～0.5份，
消泡剂1～5份，
流平剂1～5份，
抗氧剂0.05～0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，其特征在于：所述的尼龙微球为尼龙6或尼龙12微球，其粒径为0.1μm～500μm。
3.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，其特征在于：所述的钛酸钾晶须为长度为5～100μm的六钛酸钾晶须或八钛酸钾晶须。
4.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，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。
5.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，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。
6.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，其特征在于：所述的光稳剂为2,4-二羧基二苯甲酮或2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
7.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，其特征在于：所述的消泡剂为环氧乙烷环氧丙烷共聚醚或聚醚硅氧烷。
8.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，其特征在于：所述的流平剂为有机硅-环氧丙烷共聚物或聚二甲基硅氧烷。
9.根据权利要求1所述的一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和 双（2，4—二酷基）季戊四醇二亚磷酸酯中的两种。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种钛酸钾晶须改性尼龙微球复合材料的制备方法，其特征在于:在容器陆续中加入尼龙微球100份、钛酸钾晶须10～40份、偶联剂0.5～2.5份、润滑剂0.05～0.5份、光稳剂0.05～0.5份、消泡剂1～5份、流平剂1～5份和抗氧剂0.05～0.5份，在35℃～75℃条件下高速搅拌20min～40min至分散均匀所得。
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| CN115678262A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-02-03 | 江苏博云塑业股份有限公司 | 一种复合钛酸盐改性尼龙材料制备方法 |
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