TWI705885B

TWI705885B - 一種3d列印使用的聚丙烯線材配方

Info

Publication number: TWI705885B
Application number: TW108118425A
Authority: TW
Inventors: 李宇立; 李晨宇; 王駿泳; 王雅蓉
Original assignee: 財團法人塑膠工業技術發展中心
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-10-01
Also published as: TW202043019A

Abstract

一種3D列印使用的聚丙烯線材配方，其包含：均聚聚丙烯　10～25 wt%；共聚聚丙烯　57～62 wt%；聚烯烴彈性體　18～28 wt%；聚丙烯馬來酸酐　0.5～5 phr；無機粉體　5～25 phr；以及抗收縮劑　0.5～5 phr ；本發明透過兩種不同熔點的聚丙烯共混，並使用同樣以聚丙烯接枝之馬來酸酐，使聚丙烯共混均勻並繼而增加其流動性，有助於3D列印的擠製加工程序，而球型無機粉體及抗收縮劑的添加能使成品等向性收縮，改善翹曲和變形的問題。

Description

一種3D列印使用的聚丙烯線材配方

一種聚丙烯配方，特別是一種適用於3D列印使用的聚丙烯線材配方。

3D列印(又可稱為積層製造技術)是根據物體的三維立體圖檔，利用金屬或樹脂逐層堆積方式構建為三維物件的成型技術。相較於傳統的金屬或塑料的削切與加工，3D列印可以在沒有模具的條件下完成，且成品型態可以任意且複雜，因此廣泛受到研究開發者的喜愛。

3D列印技術主要包含熔融沈積成型、雷射燒結或光固化成型等許多種類，而其中熔融沈積成型係較為廣泛應用的一種。熔融沈積成型(Fused Deposition Molding, FDM)主要是將熱塑性線材經3D列印積加熱後由擠出頭擠出細小的塑膠線，透過塑膠線與塑膠線間的堆積和結合，逐層打造出成品的三維型態。

目前最大宗的3D列印線材材料種類包含聚乳酸(PLA)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。此二種材質雖然在3D列印的過程中列印性良好，容易擠製積層成形，但有著成品材質較脆且不耐熱的問題。隨後發展出以聚丙烯(PP)為原料的3D列印線材，其材質不易脆且耐熱，可以大幅改善聚乳酸和丙烯腈丁二烯苯乙烯材料的問題。然而，聚丙烯雖然有著前述的優點，但其在列印過程中流動性不佳以及容易成膜的特性，所得的成本收縮率高，較難以控制成品之良率，有待解決。

為了解決目前聚乳酸和丙烯腈丁二烯苯乙烯作為3D列印線材的材質易脆且不耐熱的缺點，又聚丙烯列印性不佳的問題，本發明提供一種3D列印使用的聚丙烯線材配方，其包含：均聚聚丙烯　10～25 wt%；共聚聚丙烯　57～62 wt%；聚烯烴彈性體　18～28 wt%；聚丙烯馬來酸酐　0.5～5 phr；無機粉體　5～25 phr；以及抗收縮劑　0.5～5 phr 。

其中，該均聚聚丙烯的熔融指數為0.5～30 g/10 min、熔點為160～175℃以及收縮率1.2～1.8%。

其中，該共聚聚丙烯的熔融指數為0.8～21 g/10 min、熔點為130～148℃以及收縮率 0.8～1.7%。

其中，該聚烯烴彈性體的乙烯單體含量為10～20 %、熔融指數0.8～21 g/10 min以及熔點 65～180℃。

其中，該聚丙烯馬來酸酐的聚丙烯接枝率為1.2～2 %、熔融指數為120～470 g/10 min以及熔點為 140～170℃。

進一步地，該無機粉體為球型型態，粒徑介於0.5～300µm。

更進一步地，該無機粉體包含碳酸鈣、滑石粉或硫酸鋇。

藉由上述說明可知，本發明具有以下優點：

1. 本發明透過兩種不同熔點的聚丙烯共混，搭配使用同樣以聚丙烯接枝之馬來酸酐，使各材料間共混均勻性增加，並繼而使聚丙烯的流動性提昇，有助於3D列印的擠製加工程序。

2.由於既有的片狀無機粉體結構型態會使材料收縮具有方向性，導致成品冷卻後產生翹曲或甚至是變形。本發明透過球型無機粉體與抗收縮劑的添加，相對於片狀無機分體能產生等向性的收縮，改善前述翹曲和變形的問題。

一種3D列印使用的聚丙烯線材配方，其包含：均聚聚丙烯　10～25 wt%；共聚聚丙烯　57～62 wt%；聚烯烴彈性體　18～28 wt% 聚丙烯馬來酸酐　0.5～5 phr；無機粉體　5～25 phr；以及無機粉體　0.5～5 phr。

上述各成分添加量以均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、聚烯烴彈性體為主添加100 wt%後，聚丙烯馬來酸酐、無機粉體、無機粉體的添加量則以外添加之phr計算。

其中，該均聚聚丙烯、該共聚聚丙烯、該聚烯烴彈性體以及該聚丙烯馬來酸酐的物性規格如下表1。

表1。

均聚聚丙烯
物性規格	數值
熔融指數 (g/10 min)	0.5～30
熔點 (℃)	160～175
收縮率 (%)	1.2～1.8
共聚聚丙烯
物性規格	數值
熔融指數 (g/10 min)	0.8～21
熔點 (℃)	130～148
收縮率 (%)	0.8～1.7
聚烯烴彈性體
物性規格	數值
乙烯單體含量 (%)	10～20
熔融指數 (g/10 min)	0.8～21
熔點 (℃)	65～180
聚丙烯馬來酸酐
物性規格	數值
聚丙烯接枝率 (%)	1.2～2
熔融指數 (g/10 min)	120～470
熔點 (℃)	140～170

前述該聚烯烴彈性體的種類包含：(CH ₂CH ₂) _x[CH ₂CH(CH ₃)] _y、(CH ₂CH ₂) _x[CH ₂CH(C ₂H ₅)] _y或(CH ₂CH ₂) _x[CH ₂CH[(CH ₂) ₅CH ₃]] _y。該聚丙烯馬來酸酐種類為[CH ₂CH(CH ₃)] _x- graft-[C ₇H ₈O ₃] _y。該抗收縮劑為金屬鹽類錯合物其中包含：Ca[C ₈H ₁₀O ₄]或Na ₂[C ₉H ₁₀O ₄]。

本發明透過添加兩種不同熔融指數與熔點的聚丙烯材料，改善既有聚丙烯流動性不佳以及容易表面成膜，而無法應用於3D列印擠製成型的問題。再搭配同樣接枝有聚丙烯的馬來酸酐作為相容劑，增加各材料間的相容性，達到均勻混合不易結團結塊的效果。

該無機粉體包含碳酸鈣、滑石粉或硫酸鋇，其結構型態較佳為球型無機粉體，粒徑介於0.5～300µm。因球型型態之無機粉體可使材料產生等向性收縮，達到減少收縮率過大與成品翹曲或變形的問題。

本發明的配方主要係應用於3D列印線材，其製造的方法主要係將配方中各成分以螺桿混練後切粒為母粒，再加工成為線材。前述該螺桿混練時加工參數一較佳實施例如以下表2。

表2。

加工參數	數值
轉速 (rpm)	200
料溫 (℃)	160～190
套筒溫度 (℃)	80～190
模頭溫度 (℃)	185
切粒速度 (rpm)	150

以下表3為本發明數個較佳實施例以及其確效性測試結果。

實施例	材料	含量 (wt%/phr)	熔融指數(g/10 min)	熱變形溫度 (℃)	收縮率 (%)
1	均聚聚丙烯	10 wt%	3.9	77.9	1.03
共聚聚丙烯	62 wt%
聚烯烴彈性體	28 wt%
聚丙烯馬來酸酐	5 phr
無機粉體	10 phr
抗收縮劑	5 phr
2	均聚聚丙烯	15 wt%	5.4	88.6	1.12
共聚聚丙烯	61 wt%
聚烯烴彈性體	24 wt%
聚丙烯馬來酸酐	5 phr
無機粉體	10 phr
抗收縮劑	5 phr
3	均聚聚丙烯	20 wt%	3.6	104.6	0.94
共聚聚丙烯	59 wt%
聚烯烴彈性體	21 wt%
聚丙烯馬來酸酐	5 phr
無機粉體	10 phr
抗收縮劑	5 phr
4	均聚聚丙烯	25 wt%	4.2	92.3	1.05
共聚聚丙烯	57 wt%
聚烯烴彈性體	18 wt%
聚丙烯馬來酸酐	5 phr
無機粉體	10 phr
抗收縮劑	5 phr

另經測試，本發明利用3D列印所得的成品耐熱性可達90℃以上，相較於既有之材料具有更高的耐熱特性。

上述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明主張的權利範圍，凡其它未脫離本發明所揭示的精神所完成的等效改變或修飾，均應包括在本發明的主張範圍內。

Claims

一種3D列印使用的聚丙烯線材配方，其包含：均聚聚丙烯10~25wt%，該均聚聚丙烯的熔融指數為0.5~30g/10min、熔點為160~175℃以及收縮率1.2~1.8%；共聚聚丙烯57~62wt%，該共聚聚丙烯的熔融指數為0.8~21g/10min、熔點為130~148℃以及收縮率0.8~1.7%；聚烯烴彈性體18~28wt%，該聚烯烴彈性體的乙烯單體含量為10~20%、熔融指數0.8~21g/10min以及熔點65~180℃；聚丙烯馬來酸酐0.5~5phr，該聚丙烯馬來酸酐的聚丙烯接枝率為1.2~2%、熔融指數為120~470g/10min以及熔點為140~170℃；無機粉體5~25phr；以及抗收縮劑0.5~5phr。
如申請專利範圍第1項的3D列印使用的聚丙烯線材配方，其中：該無機粉體為球型型態，粒徑介於0.5~300μm。
如申請專利範圍第1或2項的3D列印使用的聚丙烯線材配方，其中：該無機粉體包含碳酸鈣、滑石粉或硫酸鋇。