一种改性高密度聚乙烯3d打印成型材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种富有韧性的改性高密度聚乙烯3D打印成型材料，其重量份组成如下：按重量份计60份高密度聚乙烯，10-50份滑石粉，20-25份碳酸钙，10-50份硅灰石，10-15份的碳纳米管，0.1-0.5份的抗氧剂，0.1-0.5份硅烷偶联剂。本发明的改性高密度聚乙烯材料具有高的拉伸强度和较好的冲击韧性，可以提高高密度聚乙烯的应用价值，扩大其应用领域，使高密度聚乙烯材料更加符合3D打印材料的特点。这种材料不仅环保，而且成本低，具有重要的工业应用价值。
【专利说明】一种改性高密度聚乙烯3D打印成型材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及3D打印成型材料领域，具体涉及一种富有韧性的改性高密度聚乙烯3D打印成型材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]3D打印技术(Three Dimensions Printing,三维打印技术，3DP),是叠层制造(Additive Manufacturing, AM)技术的一种形式,其原理是通过向物品分层添加材料来制造出实物。3D打印技术实现了从平面图到实体的飞跃，以其为代表的一系列数字化应用技术甚至被称作第三次工业革命。3D打印的技术主要包括SLA、FDM、SLS、L0M等工艺。其中熔融沉积成型技术(FDM)和选择性激光烧结(SLS)技术都使用热塑性塑料作为基本的3D打印材料。但是，目前3D打印技术面临的最严重的问题和挑战是3D打印成型材料非常稀少。目前的3D打印成型材料主要是尼龙、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯以及ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)等热塑性材料。这些材料不仅硬度较高，打印出来的部件较脆易碎，而且对打印条件要求高，并且常常无法将微小构造高清晰地打印成型。
[0003]高密度聚乙烯(HDPE)是一种大品种通用塑料，在全球范围内，其产量仅次于聚氯乙烯和低密度聚乙烯，居第三位。HDPE无毒、廉价、质轻，有较高的刚性、优良的加工性、优异的耐湿性及化学稳定性， 应用广泛。但是其自身也存在一些应用上的缺点，使用温度不高，耐老化性差，在大气、阳光、氧的作用下，逐渐变脆，力学强度和电性能下降，在成型温度下，会因氧化作用而引起粘度下降，出现变色，产生条纹等。更因其均聚物冲击强度低，难以满足一些工程领域对性能的需求。常规3D打印材料需要具备一定的韧性和抗冲击性，常规HDPE不具备这些特点。本专利研究了对HDPE进行增强增韧改性以使其能够应用于3D打印领域。
[0004]CN1433443A涉及一种形成在聚合物基质中嵌入纳米纤维的复合体的方法，该方法包括在塑性基质中混入纳米纤维以形成团聚体，和通过使团聚体处于流体动力应力下而均匀地分布纳米纤维；所述流体动力应力使所述团聚体分裂开，结合进行额外的延伸流动可用来实现小直径和排列。所得复合体可以用熔凝沉积(FDM)成型，其中将一卷纳米纤维增强的聚合物用作FDM工艺的导线原料。在该过程中，纳米纤维复合线(直径约为2毫米)经过毫米尺寸的模头挤出，产生成排的复合线制成片材和3D部件。该专利中所用的原料为纳米纤维增强的聚合物线材。其缺点在于:纳米纤维复合线的FDM非常复杂，不易处理。
[0005]CN1812878A涉及一种适于3D印刷的粉末，该粉末包括热塑性颗粒物和粘合剂颗粒物的共混物，其中所述热塑性颗粒物可选自聚烯烃。该专利的粉末在用于3D印刷时，需要使用溶剂。因此，CN1812878A的3D印刷体系是液体组合物，其缺点在于需要使用在许多情况下对人类和环境有害的溶剂或分散剂，且操作复杂，不易均匀分散或溶解。
[0006]CN102093646B涉及一种用于3D打印快速成型的材料及其制备方法，快速成型材料包括改性粉末材料A和粘结剂B，其中:改性粉末材料A的制备:将粉末材料与第一溶剂加入到球磨机或研磨机中研磨，得到粉末材料预处理料；将表面活性剂，润滑剂，有机树脂逐次加入到第二溶剂中，搅拌分散2-3h，得到改性液；将粉末材料预处理料与改性液混合，放入研磨机中，常温混合研磨，干燥，研磨粉碎，得到改性粉末材料A ;使用时，1份改性粉末材料A与0.01-0.07份粘结剂B配用。该专利所用的3D成型体系为溶液体系，其缺点在于制备材料过程中需要对材料进行研磨和改性，而且用到超临界干燥，操作复杂。
[0007] US2004/0232583A1涉及一种制造三维物体的方法，其包括:a)提供一个粉状基材层山)在所述基材的一个或多个区域上选择性施加至少一种微波吸收性第一敏感物质；c)用微波辐射处理所述层至少一次。其中泛泛地提及可使用选自聚酯、聚氯乙烯、聚缩醛、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、PMMI, PMMA、离聚物、聚酰胺、共聚酯、共聚酰胺、三元共聚物、ABS或其混合物的聚合物。US2004/0232583A1没有提及对聚乙烯进行改性，以使其适于3D印刷。
[0008]本发明的目的是针对目前于HDPE韧性低，冲击强度低等特点，提出一种改进HDPE材料的韧性的方法。通过加入适量复合的无机粉体填充HDPE，大大提高了韧性和抗冲击强度。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供了一种富有韧性的改性高密度聚乙烯3D打印成型材料，所述改性材料具有较高的拉伸强度和较好的冲击韧性，其特征在于包含按重量份计的如下组分，优选由按重量份的计的如下组分:
[0010]
【权利要求】
1.一种改性高密度聚乙烯，其包含按重量份计的如下组分:
2.根据权利要求1的改性高密度聚乙烯，其中所述滑石为具有1000-1500目粒度的滑石粉。
3.根据权利要求1或2的改性高密度聚乙烯，其中所述碳酸钙为2000-2500目的重质碳酸钙。
4.根据权利要求1-3中任一项的改性高密度聚乙烯，其中所述硅灰石的粒度为1000-1500 目。
5.根据权利要求1-4中任一项的改性高密度聚乙烯，其中碳纳米管用硝酸活化。
6.一种制备根据权利要求1-5中任一项的改性高密度聚乙烯的方法，其包括将各原料混合，然后挤出造粒。
7.根据权利要求1-5中任一项的改性高密度聚乙烯在3D打印中的用途。
8.一种3D打印方法，其特征在于使用根据权利要求1-5中任一项的改性高密度聚乙烯。
【文档编号】C08K9/02GK103980593SQ201410183455
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】杜世振, 张文娟, 杨文泓, 邢其锋, 孙文华, 马永梅, 赵宁, 董金勇, 李春成, 符文鑫, 林学春 申请人:中国科学院化学研究所