CN107964166A - 一种免喷涂3d打印用聚丙烯复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，由以下质量份数物质构成：无极填料3%—10%、成核剂1.1%—2.5%、金属粉6%—18%、珠光粉0.5%—1.8%、表面活性剂1.5%—3.1%、氧化石墨烯8%—20%、苯胺2.6%—5.5%、植物纤维3.5%—10%、纳米抗菌剂1.5%—4.5%、夜光粉5%—13%、有机硅光扩散剂0—7%、颜色粉末1%—5%、交联剂4%—12%，偶联剂3.5%—8.5%、增韧剂0.5%—1.5%，余量为聚丙烯；其制备方法包括配置氧化石墨烯基材，聚丙烯基体配置，物料混合及成型加工。本发明一方面生产原料获取容易，成本低廉，污染性及毒性低，加工工艺简单易掌握，通用性好，有助于降低3D打印作业聚丙烯材料成型加工的成本，另一方面克服传统聚丙烯材料性差、表面张力小等缺陷，提高聚丙烯材料的3D打印加工作业的产品成型质量及效率。

Description

一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料

技术领域

本发明涉及一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，属3D打印技术领域。

背景技术

聚丙烯材料在当前生产、生活中均有着极为广泛的应用，但随着当前对聚丙烯材料加工精度、外观美观性等要求的不断提高，现在在进行聚丙烯材料加工作业中，通过喷涂方式进行加工成型作业方式越来越多，尤其是随着当前3D打印技术的飞速发张，聚丙烯材料也在3D打印领域中有着极为广泛的应用，但在实际喷涂作业及3D打印作业中发现，由于聚丙烯材料极性差、表面张力小等缺陷，从而导致当前对聚丙烯材料进行喷涂作业和3D打印作业时，聚丙烯材料的成型表面质量和效率均相对较差，加工成型工艺复杂，从而严重影响了聚丙烯材料在3D打印作业等先进成型加工技术领域中的应用，因此针对这一问题，迫切需要开发一种可有效满足3D打印成型作业和喷涂作业的聚丙烯材料，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，由以下质量份数物质构成：无极填料3%—10%、成核剂1.1%—2.5%、金属粉6%—18%、珠光粉0.5%—1.8%、表面活性剂1.5%—3.1%、氧化石墨烯8%—20%、苯胺2.6%—5.5%、植物纤维3.5%—10%、纳米抗菌剂1.5%—4.5%、夜光粉5%—13%、有机硅光扩散剂0—7%、颜色粉末1%—5%、交联剂4%—12%，偶联剂3.5%—8.5%、增韧剂0.5%—1.5%，余量为聚丙烯。

进一步的，所述的无极填料、金属粉、珠光粉均为100—500目的粉末结构。

进一步的，所述的无极填料为碳酸钙、硫酸钡、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷中的任意一种或任意几种按任意比例混合使用；金属粉为铜粉、铝粉、锌粉及铁粉中的任意一种或铜、铝、锌及铁的氧化物粉末中的任意一种。

进一步的，所述的成核剂为β晶型成核剂。

进一步的，所述的颜色粉末包括有机颜料及无机颜料中的任意一种，其中机颜料为大红粉、偶淡黄、酞青蓝中的任意一种，无机颜料为钛白、锌钡白、铅镉黄、铁蓝中的任意一种。

进一步的，所述的纳米抗菌剂为二氧化钛颗粒及纳米银颗粒中的任意一种或两种共用，且当二氧化钛颗粒及纳米银颗粒共用时，二氧化钛颗粒与纳米银颗粒以任意比例混合，且二氧化钛颗粒和纳米银颗粒为25-100nm粉末结构。

进一步的，所述的增韧剂为热固性弹性体及热塑性弹性体中的任意一种。

进一步的，所述的交联剂为苯三甲酸、乙酰乙酸甲酯中的任意一种或两种以任意比例混合使用；偶联剂为铬络合物偶联剂、铝酸酯偶联剂中的任意一种或两种以任意比例混合使用。

一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，配置氧化石墨烯基材，首先将氧化石墨烯添加到占氧化石墨烯总量1.5—5倍的去离子水中，并搅拌均匀，然后在80℃—100℃恒温环境对氧化石墨烯、去离子水混合物进行浓缩，将石墨烯、去离子水混合物浓缩至6—10mg/ml，然后在2—5分钟内完成向石墨烯、去离子水混合物中添加苯胺作业，并混合均匀，然后将混合物温度在5—15分钟内加热到150℃—200℃，并保温5—10分钟，然后自然冷却至80℃—100℃得到液态氧化石墨烯基材并备用；

第二步，聚丙烯基体配置，首先将聚丙烯添加到捏炼设备中捏炼加热至熔融态，然后向熔融态的聚丙烯中依次添加无极填料、成核剂、金属粉、珠光粉、表面活性剂、有机硅光扩散剂和颜色粉末，并通过捏炼设备将熔融态物料混合均匀并捏炼20—50分钟，得到熔融态聚丙烯基体，并使聚丙烯基体保持熔融态备用；

第三步，物料混合，在保持熔融态聚丙烯基体熔融态不变条件下，在10—30分钟内，匀速将第一步制备得到的态氧化石墨烯基材匀速添加到第二步制备得到的熔融态聚丙烯基体内，并将混合物搅拌均匀，然后向混合物料中依次添加入植物纤维、纳米抗菌剂、夜光粉、有机硅光扩散剂、交联剂、偶联剂和增韧剂，并混合均匀，然后自然冷却至80℃—100℃，得到聚丙烯材料基体；

第四步，成型加工，将第三步制备得到的聚丙烯材料基体匀速添加到螺杆挤出机中，对聚丙烯材料基体进行挤出作业，并将基础的聚丙烯材料基体通过成型模具进行塑形，即可得到成品聚丙烯材料。

本发明一方面生产原料获取容易，成本低廉，污染性及毒性低，加工工艺简单易掌握，通用性好，有助于降低3D打印作业聚丙烯材料成型加工的成本，另一方面可有效的克服传统聚丙烯材料性差、表面张力小等缺陷，从而有效的提高聚丙烯材料的3D打印加工作业的产品成型质量及效率。

附图说明

图1为本发制备方法流程图；

图2为本发明聚丙烯复合材料结构强度性能测试表。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，由以下质量份数物质构成：100目硫酸钡3%、β晶型成核剂2.5%、200目铝粉6%、100目珠光粉1%、表面活性剂1.5%、氧化石墨烯8%、苯胺5.5%、植物纤维3.5%、100nm纳米银颗粒抗菌剂2%、夜光粉8%、有机硅光扩散剂5%、偶淡黄颜色粉末5%、苯三甲酸交联剂4%，铝酸酯偶联剂5.5%、热固性弹性体增韧剂0.8%，余量为聚丙烯。

如图2所示，一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，配置氧化石墨烯基材，首先将氧化石墨烯添加到占氧化石墨烯总量3倍的去离子水中，并搅拌均匀，然后在100℃恒温环境对氧化石墨烯、去离子水混合物进行浓缩，将石墨烯、去离子水混合物浓缩至8mg/ml，然后在5分钟内完成向石墨烯、去离子水混合物中添加苯胺作业，并混合均匀，然后将混合物温度在10分钟内加热到160℃，并保温8分钟，然后自然冷却至80℃得到液态氧化石墨烯基材并备用；

第二步，聚丙烯基体配置，首先将聚丙烯添加到捏炼设备中捏炼加热至熔融态，然后向熔融态的聚丙烯中依次添加100目硫酸钡、β晶型成核剂、200目铝粉、100目珠光粉、表面活性剂、有机硅光扩散剂和偶淡黄颜色粉末，并通过捏炼设备将熔融态物料混合均匀并捏炼40分钟，得到熔融态聚丙烯基体，并使聚丙烯基体保持熔融态备用；

第三步，物料混合，在保持熔融态聚丙烯基体熔融态不变条件下，在15分钟内，匀速将第一步制备得到的态氧化石墨烯基材匀速添加到第二步制备得到的熔融态聚丙烯基体内，并将混合物搅拌均匀，然后向混合物料中依次添加入植物纤维、100nm纳米银颗粒抗菌剂、夜光粉、有机硅光扩散剂、苯三甲酸交联剂、铝酸酯偶联剂和热固性弹性体增韧剂，并混合均匀，然后自然冷却至80℃—100℃，得到聚丙烯材料基体；

第四步，成型加工，将第三步制备得到的聚丙烯材料基体匀速添加到螺杆挤出机中，对聚丙烯材料基体进行挤出作业，并将基础的聚丙烯材料基体通过成型模具进行塑形，即可得到成品聚丙烯材料。

实施例2

如图1所示，一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，由以下质量份数物质构成：150目氮化硅陶瓷10%、β晶型成核剂2%、200目氧化铝粉15%、450目珠光粉1%、表面活性剂2.1%、氧化石墨烯18%、苯胺4.3%、植物纤维4.3%、50nm纳米二氧化钛颗粒抗菌剂4%、夜光粉5.5%、锌钡白粉末4%、乙酰乙酸甲酯交联剂6%，铬络合物偶联剂7.5%、热固性弹性体1.5%，余量为聚丙烯。

如图2所示，一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，配置氧化石墨烯基材，首先将氧化石墨烯添加到占氧化石墨烯总量5倍的去离子水中，并搅拌均匀，然后在90℃恒温环境对氧化石墨烯、去离子水混合物进行浓缩，将石墨烯、去离子水混合物浓缩至10mg/ml，然后在3分钟内完成向石墨烯、去离子水混合物中添加苯胺作业，并混合均匀，然后将混合物温度在15分钟内加热到150℃，并保温10分钟，然后自然冷却至80℃得到液态氧化石墨烯基材并备用；

第二步，聚丙烯基体配置，首先将聚丙烯添加到捏炼设备中捏炼加热至熔融态，然后向熔融态的聚丙烯中依次添加150目氮化硅陶瓷、β晶型成核剂、200目氧化铝粉、450目珠光粉、表面活性剂、有机硅光扩散剂和锌钡白粉末，并通过捏炼设备将熔融态物料混合均匀并捏炼20分钟，得到熔融态聚丙烯基体，并使聚丙烯基体保持熔融态备用；

第三步，物料混合，在保持熔融态聚丙烯基体熔融态不变条件下，在10分钟内，匀速将第一步制备得到的态氧化石墨烯基材匀速添加到第二步制备得到的熔融态聚丙烯基体内，并将混合物搅拌均匀，然后向混合物料中依次添加入植物纤维、50nm纳米二氧化钛颗粒抗菌剂、夜光粉、乙酰乙酸甲酯交联剂、铬络合物偶联剂和铬络合物偶联剂，并混合均匀，然后自然冷却至90℃，得到聚丙烯材料基体；

第四步，成型加工，将第三步制备得到的聚丙烯材料基体匀速添加到螺杆挤出机中，对聚丙烯材料基体进行挤出作业，并将基础的聚丙烯材料基体通过成型模具进行塑形，即可得到成品聚丙烯材料。

本发明一方面生产原料获取容易，成本低廉，污染性及毒性低，加工工艺简单易掌握，通用性好，有助于降低3D打印作业聚丙烯材料成型加工的成本，另一方面可有效的克服传统聚丙烯材料性差、表面张力小等缺陷，从而有效的提高聚丙烯材料的3D打印加工作业的产品成型质量及效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料由以下质量份数物质构成：无极填料3%—10%、成核剂1.1%—2.5%、金属粉6%—18%、珠光粉0.5%—1.8%、表面活性剂1.5%—3.1%、氧化石墨烯8%—20%、苯胺2.6%—5.5%、植物纤维3.5%—10%、纳米抗菌剂1.5%—4.5%、夜光粉5%—13%、有机硅光扩散剂0—7%、颜色粉末1%—5%、交联剂4%—12%，偶联剂3.5%—8.5%、增韧剂0.5%—1.5%，余量为聚丙烯。

2.根据权利要求1所述的一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无极填料、金属粉、珠光粉均为100—500目的粉末结构。

3.根据权利要求1所述的一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的无极填料为碳酸钙、硫酸钡、氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷、氧化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷中的任意一种或任意几种按任意比例混合使用；金属粉为铜粉、铝粉、锌粉及铁粉中的任意一种或铜、铝、锌及铁的氧化物粉末中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的成核剂为β晶型成核剂。

5.根据权利要求1所述的一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的颜色粉末包括有机颜料及无机颜料中的任意一种，其中机颜料为大红粉、偶淡黄、酞青蓝中的任意一种，无机颜料为钛白、锌钡白、铅镉黄、铁蓝中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的纳米抗菌剂为二氧化钛颗粒及纳米银颗粒中的任意一种或两种共用，且当二氧化钛颗粒及纳米银颗粒共用时，二氧化钛颗粒与纳米银颗粒以任意比例混合，且二氧化钛颗粒和纳米银颗粒为25-100nm粉末结构。

7.根据权利要求1所述的一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为热固性弹性体及热塑性弹性体中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的交联剂为苯三甲酸、乙酰乙酸甲酯中的任意一种或两种以任意比例混合使用；偶联剂为铬络合物偶联剂、铝酸酯偶联剂中的任意一种或两种以任意比例混合使用。

9.一种免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的免喷涂3D打印用聚丙烯复合材料的制备方法包括以下步骤：

第一步，配置氧化石墨烯基材，首先将氧化石墨烯添加到占氧化石墨烯总量1.5—5倍的去离子水中，并搅拌均匀，然后在80℃—100℃恒温环境对氧化石墨烯、去离子水混合物进行浓缩，将石墨烯、去离子水混合物浓缩至6—10mg/ml，然后在2—5分钟内完成向石墨烯、去离子水混合物中添加苯胺作业，并混合均匀，然后将混合物温度在5—15分钟内加热到150℃—200℃，并保温5—10分钟，然后自然冷却至80℃—100℃得到液态氧化石墨烯基材并备用；

第二步，聚丙烯基体配置，首先将聚丙烯添加到捏炼设备中捏炼加热至熔融态，然后向熔融态的聚丙烯中依次添加无极填料、成核剂、金属粉、珠光粉、表面活性剂、有机硅光扩散剂和颜色粉末，并通过捏炼设备将熔融态物料混合均匀并捏炼20—50分钟，得到熔融态聚丙烯基体，并使聚丙烯基体保持熔融态备用；

第三步，物料混合，在保持熔融态聚丙烯基体熔融态不变条件下，在10—30分钟内，匀速将第一步制备得到的态氧化石墨烯基材匀速添加到第二步制备得到的熔融态聚丙烯基体内，并将混合物搅拌均匀，然后向混合物料中依次添加入植物纤维、纳米抗菌剂、夜光粉、有机硅光扩散剂、交联剂、偶联剂和增韧剂，并混合均匀，然后自然冷却至80℃—100℃，得到聚丙烯材料基体；

第四步，成型加工，将第三步制备得到的聚丙烯材料基体匀速添加到螺杆挤出机中，对聚丙烯材料基体进行挤出作业，并将基础的聚丙烯材料基体通过成型模具进行塑形，即可得到成品聚丙烯材料。