CN106543582A - 一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料及其制备方法 - Google Patents
一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料及其制备方法,其由聚烯烃树脂100份、纳米丁腈橡胶5～45份、增韧剂2～10份、相容剂1～5份、热稳定剂1～5份、抗氧剂0.05～0.5份以及润滑剂0.05～0.5份制备而成。本发明制备的纳米丁腈橡胶改性材料具有机械强度大、耐热性高和耐磨性好等特点，同时大幅提高了复合材料的成型速度。此外本发明提供的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，制备具有高性能要求的复杂结构制件。
Description
技术领域
本发明属于激光层压快速成型原料改性领域，具体涉及一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料及其制备方法。
背景技术
激光层压快速成型技术是一种以箔材为原料，以激光为热源，以计算机三维模型技术为辅助手段实现快速构建的快速成型技术。成型过程中计算机以三维模型为基准，控制激光热源对箔材进行切割，切割后的箔材经热熔胶黏合后完成单层高度的制备，再经垂直方向的不断升高最终完成具有三维结构的制件。激光层压快速成型具有以下优势：1、三维模型无需断面整体扫描，方案构建速度快；2、加工过程无需设计和成型支撑结构，节省能源；3、所得制件无环境污染，可直接使用。然而该成型技术存在可选原料种类少、制件机械强度低、热性能差和成型速度有所局限等不足，限制了其在快速成型领域的应用范围。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料及其制备方法，其具有机械强度大、耐热性高和耐磨性好等特点，同时大幅提高了复合材料的成型速度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料，由以下组分按重量份制备而成：
聚烯烃树脂100份，
纳米丁腈橡胶5～45份，
增韧剂2～10份，
相容剂1～5份，
热稳定剂1～5份，
抗氧剂0.05～0.5份，
润滑剂0.05～0.5份。
进一步方案，所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂或聚氯乙烯树脂。
所述的纳米丁腈橡胶为核壳结构的淡黄色颗粒，其粒径为40～80nm。
所述的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯共聚物或丙烯腈－丙烯酸酯－苯乙烯共聚物。
所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物或甲基丙烯酸缩水甘油酯-马来酸酐共聚物。
所述的热稳定剂为硬脂酸钙或硬脂酸钡。
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中两种。
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用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将聚烯烃树脂100份，纳米丁腈橡胶5～45份，增韧剂2～10份，相容剂1～5份，热稳定剂1～5份，抗氧剂0.05～0.5份和润滑剂0.05～0.5份一起置于高混机中充分混合10～30min，制得预混料；
（2）用模压机模具在180-220℃条件下经预混料模压成厚度为0.5-2.5mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
本发明具有以下有益效果：
1、纳米丁腈橡胶的引入完善了改性材料的内部结构，使纳米丁腈橡胶改性材料的力学强度得到提升；
2、纳米丁腈橡胶在成型过程中有效填充了聚烯烃材料内部的缺陷，其坚硬的外壳结构使得复合材料整体的耐磨性得到提高；
3、由于纳米丁腈橡胶具有良好的耐热性，将其填充改性聚烯烃材料后而提高了复合材料的热性能；
4、在层压过程和激光成型过程中，球形颗粒结构的纳米丁腈橡胶可以起到填充和固定作用，大幅提高复合材料的成型速度。
本发明创新性的以纳米丁腈橡胶为改性材料，以聚烯烃为基体材料，制备了用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。改性后的复合材料具有机械强度大、耐热性高和耐磨性好等特点，同时大幅提高了复合材料的成型速度。此外本发明提供的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，制备具有高性能要求的复杂结构制件。
具体实施方法
下面结合具体实施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。
本发明的具体实施例如下：
实施例1
（1）按以下原料置于高混机中充分混合10min，制得预混料：
聚丙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶5份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯共聚物2份，
相容剂苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物1份，
热稳定剂硬脂酸钙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0.02份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份；
（2）用模压机模具在180℃条件下将预混料经模压成厚度为0.5mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
实施例2
（1）按以下原料置于高混机中充分混合15min，制得预混料：
聚丙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶15份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯共聚物4份，
相容剂苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物2份，
热稳定剂硬脂酸钙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0.04份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.06份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.15份；
（2）用模压机模具在185℃条件下将预混料经模压成厚度为1.0mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
实施例3
（1）按以原料置于高混机中充分混合20min，制得预混料：
聚丙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶25份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯共聚物6份，
相容剂苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物3份，
热稳定剂硬脂酸钙3份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.08份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.12份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.25份；
（2）用模压机模具在190℃条件下将预混料经模压成厚度为1.5mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
实施例4
（1）按以下原料置于高混机中充分混合25min，制得预混料：
聚丙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶35份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯共聚物8份，
相容剂苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物4份，
热稳定剂硬脂酸钙4份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.16份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.24份，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.35份；
（2）用模压机模具在195℃条件下将预混料经模压成厚度为2.0mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
实施例5
（1）按以下原料置于高混机中充分混合30min，制得预混料：
聚丙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶45份，
增韧剂甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯共聚物10份，
相容剂苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物5份，
热稳定剂硬脂酸钙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，
润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.5份；
（2）用模压机模具在200℃条件下将预混料经模压成厚度为2.5mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
实施例6
（1）按以下原料置于高混机中充分混合10min，制得预混料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶5份，
增韧剂丙烯腈－丙烯酸酯－苯乙烯共聚物2份，
相容剂甲基丙烯酸缩水甘油酯-马来酸酐共聚物1份，
热稳定剂硬脂酸钡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0.02份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.03份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.05份；
（2）用模压机模具在200℃条件下将预混料经模压成厚度为0.5mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
实施例7
（1）按以下原料置于高混机中充分混合15min，制得预混料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶15份，
增韧剂丙烯腈－丙烯酸酯－苯乙烯共聚物4份，
相容剂甲基丙烯酸缩水甘油酯-马来酸酐共聚物2份，
热稳定剂硬脂酸钡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0.04份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.06份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.15份；
（2）用模压机模具在205℃条件下将预混料经模压成厚度为1.0mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
实施例8
（1）按以下原料置于高混机中充分混合20min，制得预混料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶25份，
增韧剂丙烯腈－丙烯酸酯－苯乙烯共聚物6份，
相容剂甲基丙烯酸缩水甘油酯-马来酸酐共聚物3份，
热稳定剂硬脂酸钡3份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.08份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.12份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.25份；
（2）用模压机模具在210℃条件下将预混料经模压成厚度为1.5mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
实施例9
（1）按以下原料置于高混机中充分混合25min，制得预混料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶35份，
增韧剂丙烯腈－丙烯酸酯－苯乙烯共聚物8份，
相容剂甲基丙烯酸缩水甘油酯-马来酸酐共聚物4份，
热稳定剂硬脂酸钡4份，
抗氧剂四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.16份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.24份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.35份；
（2）用模压机模具在215℃条件下将预混料经模压成厚度为2.0mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
实施例1
0
（1）按以下原料置于高混机中充分混合30min，制得预混料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
纳米丁腈橡胶45份，
增韧剂丙烯腈－丙烯酸酯－苯乙烯共聚物10份，
相容剂甲基丙烯酸缩水甘油酯-马来酸酐共聚物5份，
热稳定剂硬脂酸钡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，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.5份；
：体光层压成型后检测性能（2）用模压机模具在220℃条件下将预混料经模压成厚度为2.5mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
对照实施例1
（1）按以下原料置于高混机中充分混合10min，制得预混料：
聚丙烯树脂基体100份，
热稳定剂硬脂酸钙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0.02份，
抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03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，即得到用于层压快速成型的改性材料。
对照实施例2
（1）按以下原料置于高混机中充分混合10min，制得预混料：
聚氯乙烯树脂基体100份，
热稳定剂硬脂酸钡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0.02份，
抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.03份，
润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.05份；
（2）用模压机模具在200℃条件下经模压成厚度为0.5mm的箔材，即得到用于层压快速成型的改性材料，。
将上述实施例1-10及对照实施例1-2所制备的改性材料，经激光层压成型后在23℃、50%湿度环境下分别采用ASTM D638、ASTM D648和ASTM D1242检测复合材料的拉伸强度、热变形温度和耐磨性，同时记录制品成型速度。具体性能见表一所示：
表一：性能
| 性能 | 拉伸强度（MPa） | 热变形温度(℃) | 泰伯磨耗（mg/1000次） | 成型速度(cm3/h) |
| 实施例1 | 25 | 91 | 91 | 33 |
| 实施例2 | 26 | 92 | 59 | 35 |
| 实施例3 | 27 | 93 | 57 | 36 |
| 实施例4 | 28 | 94 | 55 | 38 |
| 实施例5 | 27 | 93 | 56 | 37 |
| 实施例6 | 42 | 95 | 53 | 46 |
| 实施例7 | 44 | 98 | 51 | 48 |
| 实施例8 | 45 | 101 | 47 | 51 |
| 实施例9 | 44 | 100 | 48 | 50 |
| 实施例10 | 43 | 99 | 49 | 49 |
| 对照实施例1 | 22 | 78 | 93 | 25 |
| 对照实施例2 | 35 | 82 | 85 | 35 |
本发明制备的用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料具有机械强度大、耐热性高和耐磨性好等特点。由表一数据可知，比较实施例1-5与对照实施例1：本发明纳米丁腈橡胶改性的聚丙烯复合材料拉伸强度最大为28MPa，较改性前（对照实施例1）提高27.3%；热变形温度最高为94℃，较改性前提高20.5%；泰伯磨耗最小为55mg/1000次，较改性前降低40.9%；成型速度最快为38 cm3/h，较改性前提高52.0%。
比较实施例6-10与对照实施例2：本发明纳米丁腈橡胶改性的聚氯乙烯复合材料拉伸强度最大为45MPa，较改性前（对照实施例2）提高28.6%；热变形温度最高为101℃，较改性前提高20.2%；泰伯磨耗最小为47mg/1000次，较改性前降低44.7%；成型速度最快为51 cm3/h，较改性前提高45.7%。
同时，本发明中由于纳米丁腈橡胶的引入大幅提高了复合材料的成型速度，此外本发明提供的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，制备具有高性能要求的复杂结构制件。
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 (9)
1.一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料，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，
纳米丁腈橡胶5～45份，
增韧剂2～10份，
相容剂1～5份，
热稳定剂1～5份，
抗氧剂0.05～0.5份，
润滑剂0.05～0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料，其特征在于：所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂或聚氯乙烯树脂。
3.根据权利要求1所述的一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料，其特征在于：所述的纳米丁腈橡胶为核壳结构的淡黄色颗粒，其粒径为40～80nm。
4.根据权利要求1所述的一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料，其特征在于：所述的增韧剂为甲基丙烯酸甲酯－丁二烯－苯乙烯共聚物或丙烯腈－丙烯酸酯－苯乙烯共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料，其特征在于：所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈-马来酸酐共聚物或甲基丙烯酸缩水甘油酯-马来酸酐共聚物。
6.根据权利要求1所述的一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料，其特征在于：所述的热稳定剂为硬脂酸钙或硬脂酸钡。
7.根据权利要求1所述的一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料，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中两种。
8.根据权利要求1所述的一种用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料，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。
9.一种如权利要求1所述的用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将聚烯烃树脂100份，纳米丁腈橡胶5～45份，增韧剂2～10份，相容剂1～5份，热稳定剂1～5份，抗氧剂0.05～0.5份和润滑剂0.05～0.5份一起置于高混机中充分混合10～30min，制得预混料；
（2）用模压机模具在180-220℃条件下经预混料模压成厚度为0.5-2.5mm的箔材，即得到用于层压快速成型的纳米丁腈橡胶改性材料。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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