本發(fā)明屬于聚烯烴復(fù)合材料快速成型改性
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種應(yīng)用于熔融層壓快速成型領(lǐng)域的聚烯烴復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：熔融擠壓成型又稱熔融噴絲成型，是一種以絲狀材料為原料，利用熱能作為成型能源，通過原料的加熱熔融而實現(xiàn)的快速成型工藝。熔融擠壓成型的工作原理包含計算機控制加熱絲將原料加熱熔融、原料冷卻成型薄層和工作臺三維移動等環(huán)節(jié)，最終將絲狀原料成型為具有立體結(jié)構(gòu)且具有一定功能性的三維制件。此種快速成型工藝技術(shù)相對簡單，易于操作，成型過程中無有毒物質(zhì)或氣體釋放，可直接用于辦公等環(huán)境。熔融擠壓成型常用原材料為工程塑料、工業(yè)油蠟及合成橡膠等，其中工程塑料類材料多為純樹脂原料，因此在力學(xué)強度、環(huán)境耐受和成型速度等方面存在不足，此外制備大型制件時需要支撐結(jié)構(gòu)及后處理工作。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于改善熔融擠壓成型常用原料在力學(xué)強度、環(huán)境耐受和成型速度等方面的不足，提供了一種具有力學(xué)強度大、低溫沖擊高、耐磨性好和成型速度快等特點用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料及其制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料，由以下組分按重量份制備而成：樹脂基體100份，納米丁腈橡膠5～45份，相容劑1～5份，抗氧劑0.1～0.5份，熱穩(wěn)定劑0.1～0.5份，潤滑劑0.5～5份。進一步方案，所述的樹脂基體為均聚聚丙烯或聚乙烯。所述的納米丁腈橡膠為直徑為50～100nm的淡黃色粉末。所述的相容劑為馬來酸酐接枝聚丙烯或馬來酸酐接枝聚乙烯。所述的抗氧劑為四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯或硫代二丙酸雙十八醇酯中兩種。所述的熱穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣或硬脂酸鋇。所述的潤滑劑為次乙基雙硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。本發(fā)明的另一個發(fā)明目的是提供上述聚烯烴復(fù)合材料的制備方法，其包含以下步驟：（1）按配比，將樹脂基體100份、納米丁腈橡膠5～45份、相容劑1～5份、抗氧劑0.1～0.5份、熱穩(wěn)定劑0.1～0.5份以及潤滑劑0.5～5份，置于高速混合機分散10～30分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機中，經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。然后將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件。本發(fā)明制備的聚烯烴復(fù)合材料具有力學(xué)強度高、耐磨性好和成型速度快等特點，同時極大地提高了復(fù)合材料的耐低溫性。此外本發(fā)明的聚烯烴復(fù)合材料制備工藝簡單，可直接推動聚烯烴材料在快速成型領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明的有益效果有：1、本發(fā)明以聚丙烯或聚乙類烯為基體，并采用納米丁腈橡膠對基體進行改性，制得了一種能用于熔融層壓快速成型領(lǐng)域的聚烯烴復(fù)合材料。2、由于納米丁腈橡膠的引入，從而增大了聚烯烴復(fù)合材料在熔融成型過程中的堆積密度，降低了成型缺陷，并可以顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能；3、基體材料中加入的納米丁腈橡膠在材料發(fā)生破壞時可以充當(dāng)吸能單元，減少銀紋的產(chǎn)生和發(fā)展，可以顯著提高復(fù)合材料的沖擊性能，尤其是低溫沖擊性能；4、由于納米丁腈橡膠中的納米級別的橡膠顆粒均勻分散于復(fù)合材料體系，在摩擦過程中可以提供緩沖和吸能作用，從而顯著提高復(fù)合材料的耐磨性；5、在聚烯烴復(fù)合材料冷卻成型過程中納米丁腈橡膠可以充當(dāng)結(jié)晶點，加快復(fù)合材料凝固成形，大幅提高成型速度。具體實施方法下面結(jié)合具體實施例對本
發(fā)明內(nèi)容進行進一步的說明，但所述實施例并非是對本發(fā)明實質(zhì)精神的簡單限定，任何基于本發(fā)明實質(zhì)精神所作出的簡單變化或等同替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。實施例中制備的樣品在23℃、50%濕度環(huán)境下調(diào)節(jié)后，分別采用ASTMD790、ASTMD6110和ASTMD1242檢測復(fù)合材料的彎曲強度、低溫沖擊強度和耐磨性，并記錄其熔融擠壓成型的速度。本發(fā)明的具體實施例如下：實施例1（1）按以下比例配備原料：均聚聚丙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠5份，相容劑馬來酸酐接枝聚丙烯1份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.04份，抗氧劑三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯0.06份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.1份，潤滑劑次乙基雙硬脂酰胺0.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散10分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機中，經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測其性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚丙烯復(fù)合材料性能見表一。實施例2（1）按以下比例配備原料：均聚聚丙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠15份，相容劑馬來酸酐接枝聚丙烯2份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.08份，抗氧劑三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯0.12份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.2份，潤滑劑次乙基雙硬脂酰胺1.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散15分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚丙烯復(fù)合材料性能見表一。實施例3（1）按以下比例配備原料：均聚聚丙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠25份，相容劑馬來酸酐接枝聚丙烯3份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.12份，抗氧劑三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯0.18份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.3份，潤滑劑次乙基雙硬脂酰胺2.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散20分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚丙烯復(fù)合材料性能見表一。實施例4（1）按以下比例配備原料：均聚聚丙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠35份，相容劑馬來酸酐接枝聚丙烯4份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.16份，抗氧劑三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯0.24份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.4份，潤滑劑次乙基雙硬脂酰胺3.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散25分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚丙烯復(fù)合材料性能見表一。實施例5（1）按以下比例配備原料：均聚聚丙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠45份，相容劑馬來酸酐接枝聚丙烯5份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.2份，抗氧劑三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯0.3份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.5份，潤滑劑次乙基雙硬脂酰胺5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散30分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚丙烯復(fù)合材料性能見表一。實施例6（1）按以下比例配備原料：聚乙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠5份，相容劑馬來酸酐接枝聚乙烯1份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.04份，抗氧劑硫代二丙酸雙十八醇酯0.06份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.1份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散10分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚乙烯復(fù)合材料性能見表一。實施例7（1）按以下比例配備原料：聚乙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠15份，相容劑馬來酸酐接枝聚乙烯2份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.08份，抗氧劑硫代二丙酸雙十八醇酯0.12份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.2份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯1.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散15分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚乙烯復(fù)合材料性能見表一。實施例8（1）按以下比例配備原料：聚乙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠25份，相容劑馬來酸酐接枝聚乙烯3份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.12份，抗氧劑硫代二丙酸雙十八醇酯0.18份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.3份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯2.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散20分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚乙烯復(fù)合材料性能見表一。實施例9（1）按以下比例配備原料：聚乙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠35份，相容劑馬來酸酐接枝聚乙烯4份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.16份，抗氧劑硫代二丙酸雙十八醇酯0.24份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.4份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯3.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散25分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚乙烯復(fù)合材料性能見表一。實施例10（1）按以下比例配備原料：聚乙烯樹脂基體100份，納米丁腈橡膠45份，相容劑馬來酸酐接枝聚乙烯5份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.2份，抗氧劑硫代二丙酸雙十八醇酯0.3份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.5份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散30分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備納米丁腈橡膠改性聚乙烯復(fù)合材料性能見表一。對照實施例1（1）按以下比例配備原料：均聚聚丙烯樹脂基體100份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.04份，抗氧劑三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯0.06份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.1份，潤滑劑次乙基雙硬脂酰胺0.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散10分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測性能。所制備聚丙烯復(fù)合材料性能見表一。對照實施例2（1）按以下比例配備原料：聚乙烯樹脂基體100份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.04份，抗氧劑硫代二丙酸雙十八醇酯0.06份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.1份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.5份。將以上物料均勻混合后置于高速混合機分散10分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融層壓快速成型的聚烯烴復(fù)合材料。（3）將制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件，并檢測其性能。所制備聚乙烯復(fù)合材料性能見表一。表一：性能彎曲強度（MPa）沖擊強度（KJ/m2-20℃）泰伯磨耗（mg/1000次）成型速度(cm3/h)實施例1427.96239實施例2448.16141實施例3568.26042實施例4488.55844實施例5478.35943實施例6294.86933實施例7305.16734實施例8335.46438實施例9325.36537實施例10315.16635對照實施例1355.19528對照實施例2243.210026由表一中數(shù)據(jù)，對比實施例1-5和對照實施例1可看出：本發(fā)明制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型制件后，其彎曲強度最大為48MPa，較改性前（對照實施例1）提高37.1%；低溫沖擊強度最大為8.5Kj/m2，較改性前提高66.7%；泰伯磨耗最小為58mg/100次，較改性前降低38.9%；成型速度最快為44cm3/h，較改性前提高57.1%。對比實施例6-10和對照實施例2可看出：本發(fā)明制備的聚烯烴復(fù)合材料經(jīng)熔融擠壓工藝成型制件后，其彎曲強度最大為33MPa，較改性前（對照實施例2）提高37.5%；低溫沖擊強度最大為5.4Kj/m2，較改性前提高68.8%；泰伯磨耗最小為64mg/100次，較改性前降低36.0%；成型速度最快為38cm3/h，較改性前提高46.2%。另外，本發(fā)明的制備工藝簡單，可直接推動聚烯烴材料在快速成型領(lǐng)域的應(yīng)用。上述的對實施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3