CN109971059B - 一种具有优异切削性能的复合蜡及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有优异切削性能的复合蜡及其制备方法，按重量份计，由以下组份混合制成：聚烯烃蜡42％‑79％，聚烯烃20％‑50％，乙烯基双硬脂酰胺0.1‑3％，无机填料0.5‑5％，颜料粉0.01‑0.2％。本发明所制备的复合蜡具有较高的熔点，良好的切削表面，无静电吸附现象；适中的硬度，为CAM/CAD提供优异的加工精度。

Description

一种具有优异切削性能的复合蜡及其制备方法
技术领域
本发明涉及可切削蜡生产技术领域，特别涉及一种具有优异切削性能的复合蜡及其制备方法。
背景技术
近年来，随着计算机辅助设计/制造(CAD/CAM)技术的发展，其不仅在机械制造业中被广泛应用，在其他精密加工行业也越来越受重视。CAD/CAM技术是以计算机技术、电子技术和自动化技术为基础的，其加工精度是传统加工方式无法比拟的。同时，并不是所有的材料都适用于CAD/CAM技术，具备良好的切削性能材料是CAD/CAM技术应用的基础。
可切削蜡主要应用在雕刻、牙科蜡型及失蜡铸造等领域。可切削蜡加工性能的好坏，不仅影响着切削后产品表面的美观，而且可能会降低产品的加工精度。例如，韧性优异的材料，在加工过程中可能会出现弹性形变，降低材料的加工精度；脆性较好的材料，在加工过程中，可能会出现边崩现行，影响产品的外观；较软的材料，在加工过程中可能会出现变形，影响产品的尺寸；同时，较硬的材料在加工过程中可能会存在“让刀”现象，降低产品的精度；蜡材一般较软，不会出现“让刀”现象，其硬度一般要求大于55HD。
聚乙烯蜡和聚丙烯蜡是聚烯烃蜡中应用最为广泛的，可代替石膏、金属及热固性塑料等材料成为工艺品、人体组织模型、齿科模型以及日常生活用品生产中所使用的三维模具。然而，纯的聚烯烃蜡分子量较低，表现出高脆性和低强度的物理性能，在CAD/CAM精密加工中，严重影响产品强度及表面完整性。在专利CN 105175851A中，李晓强在聚乙烯蜡中混合聚苯乙烯、硬脂酸和白炭黑，改善了PE蜡在小尺寸范围内的再熔融拉丝现象，提高了PE蜡在CAD精密加工中的切削性能。然而，一方面聚苯乙烯的分子结构中含有苯环，与PE蜡的分子结构存在较大差别，在混合的过程中可能存在不均匀现象；另一方面，聚苯乙烯的熔点约为240℃，PE蜡熔点一般在90-120℃范围内，两种材料存在120℃以上的熔点差，造成两种材料混合较困难。
因此，在可切削蜡领域，需要开发一种不仅切削性能良好，具有良好的切削尺寸和切削表面，而且还需要具有简单制备方式和混合均匀的复合蜡。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异切削性能的复合蜡，具有较高的熔点，优异切削性能和光滑切削表面，无静电吸附现象，硬度适中。
本发明还提供了上述复合蜡的制备方法，简单易行，混合均匀。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有优异切削性能的复合蜡，按重量份计，由以下组份混合制成：聚烯烃蜡42％-79％，聚烯烃20％-50％，乙烯基双硬脂酰胺0.1-3％，无机填料0.5-5％，颜料粉0.01-0.2％。
本发明以聚烯烃蜡为基体，混合不同质量分数的改性添加剂、树脂和无机填料，改善蜡块的制备方法和CAD/CAM加工性能。改性添加剂EBS不仅可作为成核透明剂，提升切削蜡机械性能和透明度，同时改善蜡的抗静电性能；聚烯烃的添加能够提高蜡块的硬度和韧性，增加蜡块的熔点，改善蜡块的切削性能及切削时的弹性变形现象；在CAD/CAM加工过程中，无机填料的添加可减小刀具与蜡块的摩擦，降低切削时热量的产生，提高蜡块的切削性能，使切削后的蜡块表面更光滑，同时，无机填料的加入能够进一步改善复合蜡的机械性能。本发明通过调整复合蜡中聚烯烃蜡、聚烯烃、EBS、无机填料的比例，得到具有优异切削性能的可切削蜡。
本发明所述的乙烯基双硬脂酰胺的纯度≥99％；由于在其分子结构中含有二个酰胺基-C-NH-，因而，该产品加入蜡材后，使切削蜡具有较好的防静电性。
所述聚烯烃蜡选自聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、费托蜡中的一种或几种的组合。优选地，聚烯烃蜡为PE蜡，重均分子量为1000～4000，例如1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000等。
所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、烯烃聚合物中的一种或几种的组合。
所述无机填料选自碳酸钙颗粒、滑石粉、钛白粉、白炭黑中的一种或几种的组合，无机填料的颗粒尺寸不超过100微米。无机填料的颗粒尺寸例如100um、60um、6um、30um、10um、3um等。
所述颜料粉为有机颜料粉，有机颜料粉为偶氮颜料、酞箐颜料等有机颜料粉。
一种具有优异切削性能的复合蜡的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比称取各原料；
(2)将各原料按聚烯烃蜡、乙烯基双硬脂酰胺、聚烯烃、无机填料、颜料粉的顺序分批加入熔融搅拌釜中；
(3)待原料混合均匀后，将均匀混合的熔体输入模具中保温后冷却成型，得到具有优异切削性能的蜡。保温为60℃烘箱中保温2h，冷却为自然冷却。
步骤(2)所述的熔融搅拌釜温度为160-200℃，熔融搅拌速度为50-300r/min。
一种具有优异切削性能的复合蜡的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比称取各原料；
(2)将各原料投入双螺杆挤出机中混合、造粒，得到颗粒状混合料；
(3)烘干混合料，用注塑机注塑成型，得到具有优异切削性能的蜡。
双螺杆挤出机从机头到机尾十段螺杆温度依次设置为：120℃、125℃、135℃、145℃、155℃、160℃、155℃、145℃、135℃、125℃。
烘干混合料为在60℃烘箱中保温2h，自然降温；注塑机三段温度分别设置为120℃、130℃、135℃。
本发明的有益效果是：本发明所提供的复合蜡熔点均在115℃以上，随着无机颗粒的添加，在CAD/CAM加工过程中，降低刀具与可切削蜡间的摩擦，切削过的蜡表面无再熔融现象且表面光滑；聚烯烃的添加，提高了复合蜡的机械性能和硬度(邵氏硬度55-70HD)，适中的硬度，改善复合蜡在加工过程中的弹性变形和让刀现象，提高了CAD/CAM的加工精度。
附图说明
图1是本发明的制备得到的圆盘形复合蜡。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
以下实施例中：
聚烯烃蜡选择PE蜡，分子量为3000；聚烯烃选择高密度聚乙烯和聚丙烯；乙烯基双硬脂酰胺的纯度≥99％；无机填料选择尺寸为3um的碳酸钙和白炭黑。
制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按配方比例称取所需质量的各原料；
(2)将原料按聚烯烃蜡、EBS、聚烯烃、无机填料、颜料粉的顺序分批加入熔融搅拌釜中，熔融搅拌釜温度为180℃，搅拌速度为160r/min
(3)待原料混合均匀后，将均匀混合的溶体在60℃烘箱中保温2h后，自然降温，得到具有优异切削性能的蜡，如图1。
不同实施例中的各组分及其含量：
Figure BDA0002008204200000041
对实施例1-6制备的复合蜡，按照以下方法进行评价：
(1)熔点：参考GB/T 265—2008石油蜡熔点的测定冷却曲线法。
(2)硬度：把产品放置在坚固的平面上，拿住邵氏硬度计，压针距离试样边缘至少12mm平稳地把压足压在试样上，使压针垂直的压入试样，直至压足和试样完全接触时1s内读数，在测点相距至少6mm的不同位置测量硬度值5次。
(3)切削性能：通过机床加工，判断样品在切削过程中是否由于高温熔融而粘附在刀具上，或由于静电效应，吸附在刀具和机床上。
(4)切削表面：通过放大镜(20倍)随机观测5个加工点，来判断其切削表面；
(5)切削尺寸误差：机床加工10*10*10mm的长方体样品，每个实施例的测量样品数5个，计算尺寸误差。
实施例提供的复合蜡的表征结果如下：
Figure BDA0002008204200000042
本发明的各组分用量及选择均可在以下范围内调整：聚烯烃蜡42％-79％，聚烯烃20％-50％，乙烯基双硬脂酰胺0.1-3％，无机填料0.5-5％，颜料粉0.01-0.2％。
所述聚烯烃蜡选自聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、费托蜡中的一种或几种的组合。
所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、烯烃类聚合物中的一种或几种的组合。
所述无机填料选自碳酸钙颗粒、滑石粉、钛白粉、白炭黑中的一种或几种的组合，无机填料的颗粒尺寸不超过100微米。
所述颜料粉为有机颜料粉，例如偶氮颜料和酞菁颜料。
本发明的下述方法同样也能制备产品：
一种具有优异切削性能的复合蜡的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配比称取各原料。
(2)将各原料投入双螺杆挤出机中混合、造粒，得到颗粒状混合料；双螺杆挤出机从机头到机尾十段螺杆温度依次设置为：120℃、125℃、135℃、145℃、155℃、160℃、155℃、145℃、135℃、125℃。
(3)烘干混合料，用注塑机注塑成型，得到具有优异切削性能的蜡。烘干混合料为在60℃烘箱中保温2h，自然降温；注塑机三段温度分别设置为120℃、130℃、135℃。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种具有优异切削性能的复合蜡，其特征在于，按重量份计，由以下组份混合制成：聚烯烃蜡42%-79%，聚烯烃20%-50%，乙烯基双硬脂酰胺0.1-3%，无机填料0.5-5%，颜料粉0.01-0.2%；
所述聚烯烃蜡选自聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、费托蜡中的一种或几种的组合；
所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯中的一种或几种的组合；
所述无机填料选自碳酸钙颗粒、滑石粉、钛白粉、白炭黑中的一种或几种的组合，无机填料的颗粒尺寸不超过100微米。
2.根据权利要求1所述的复合蜡，其特征在于：所述颜料粉为有机颜料粉。
3.如权利要求1所述的一种具有优异切削性能的复合蜡的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按配比称取各原料；
（2）将各原料按聚烯烃蜡、乙烯基双硬脂酰胺、聚烯烃、无机填料、颜料粉的顺序分批加入熔融搅拌釜中；
（3）待原料混合均匀后，将均匀混合的熔体输入模具中保温后冷却成型，得到具有优异切削性能的蜡。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的熔融搅拌釜温度为160-200℃，熔融搅拌速度为50-300 r/min。
5.如权利要求1所述的一种具有优异切削性能的复合蜡的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按配比称取各原料；
（2）将各原料投入双螺杆挤出机中混合、造粒，得到颗粒状混合料；
（3）烘干混合料，用注塑机注塑成型，得到具有优异切削性能的蜡。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：双螺杆挤出机从机头到机尾十段螺杆温度依次设置为：120℃、125℃、135℃、145℃、155℃、160℃、155℃、145℃、135℃、125℃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：烘干混合料为在60℃烘箱中保温2h，自然降温；注塑机三段温度分别设置为120℃、130℃、135℃。
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