CN103214738A

CN103214738A - 一种快速成型材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103214738A
Application number: CN2013101493232A
Authority: CN
Inventors: 蓝海; 任方萍; 时圣涛; 蓝洋
Original assignee: China International Tourism & Trade Co Ltd
Current assignee: ZHUHAI HONGJING DEVELOPMENT CO., LTD.
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-07-24

Abstract

本发明公开了一种快速成型材料的制备方法，该制备方法包括：提供原料，所述原料包括以重量计的：85-97.5份的工程塑料、0.5-5份的纳米纤维素和2-10份的降粘剂，制备步骤包括：原料称取步骤S1100：将原料在105℃干燥4-10小时后按重量比称取；共混改性步骤S1200：将称取的所述原料立体式搅拌共混30-90分钟；筛分步骤S1300:将共混后的原料在70-140目的筛网中进行筛分。本发明还公开了根据该制备方法得到的快速成型材料。根据本发明的快速成型材料制备工艺简单、易实现工业化；并且该材料成型周期短、热稳定性好、机械强度高。

Description

一种快速成型材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种快速成型材料，尤其涉及一种含有纳米纤维素的快速成型材料及其制备方法。

背景技术

快速成型（Rapid Prototyping，RP）技术是20世纪90年代发展起来的一项先进制造技术，是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称。快速成型制造彻底颠覆了传统加工零件的方法，与传统加工方法相比具有数字化制造、高度柔性和适应性、快速等优点；并将三维几何图形实体化，使设计图形迅速变成实物，成功的解决了CAD设计中看得见，摸不着的问题，缩短了对新产品设计评估的周期，在汽车、机械、航空、电子、通讯、医疗、建筑等领域得到了广泛的应用。

快速成型材料一般包括工程蜡、工程塑料、陶瓷粉、金属粉、砂等，其中最为常用的是工程塑料。在工程塑料中一般采用聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、尼龙66和聚碳酸酯作为基本材料，但这些材料存在成型周期长、容易脆断、耐热性差以及在干态和低温时抗冲击能力差等问题，不太适合应用于快速成型技术。

因此希望提供一种成型周期短、热稳定性好、机械强度高的快速成型材料来满足市场需求。

发明内容

为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的至少部分解决上述问题的快速成型材料及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种快速成型材料的制备方法，该制备方法包括：提供原料，所述原料包括以重量计的工程塑料85-97.5份、纳米纤维素0.5-5份和降粘剂2-10份。

根据本发明的制备方法，包括纳米纤维素。所述纳米纤维素是通过选择性水解天然纤维素原料（如木材、棉花和剑麻）制备而成。纳米纤维素由于去除了无定形区所以结晶度很高；另外纳米纤维素的粒径处于纳米级、比表面积大、杨氏模量为100-143Gpa、刚性强、而且耐高温，温度可达250℃；此外纳米纤维素具有生物可再生性和可持续性。因此将纳米纤维素作为聚合物材料的增强剂添加至工程塑料中，对工程塑料的机械强度、热稳定性和成型周期具有了很大的改善，使工程塑料进行改性后制备得到了非常适用于快速成型的材料。并且使用本发明的快速成型材料易降解、可再生绿色环保。

可选地，根据本发明的制备方法，其中所述工程塑料包括：聚丙烯、聚乙烯、ABS、尼龙、聚苯乙烯和聚碳酸酯。

使用纳米纤维素对上述的工程塑料进行改性后都具有的成型周期短、机械强度大、热稳定性好、容易降解的优势。其中尼龙优选尼龙6。

可选地，根据本发明的制备方法，其中纳米纤维素的粒径为4-100nm。

当纳米纤维素的粒径为4-100nm时对工程塑料的改性效果更佳。

可选地，根据本发明的制备方法，其中所述降粘剂包括：滑石粉、碳酸钙、氟化钙、石墨、玻璃粉、白炭黑、氧化镁、氧化铝或硅石。

根据本发明的制备方法，加入了降粘剂防止因为粉末吸湿而引发的粘连和聚集，便于均匀成型、提高成型的精确度。

可选地，根据本发明的制备方法，包括步骤：

原料称取步骤S1100：将原料在105℃干燥4-10小时后按重量比称取；

共混改性步骤S1200：将称取的所述原料立体式搅拌共混30-90分钟；

筛分步骤（S1300）：将共混后的原料在70-140目的筛网中进行筛分。

根据本发明的方法，在共混改性步骤中采用立体式搅拌共混使混合更加均匀，比使用平面共混的混合效果更好，并且采用本制备方法工艺简单易行，节约生产成本。另外在本发明中采用了筛分步骤，这样可以使打印材料制备更加均匀。

根据本发明的另一方面，提供了一种快速成型材料，该快速成型材料的制备原料包括以重量计的：85-97.5份工程塑料、0.5-5份纳米纤维素和2-10份降粘剂。

根据本发明的快速成型材料，通过加入纳米纤维素对工程塑料进行改性，缩短了其成型周期，在很大程度上提高了生产效率，并且使产品的机械性能和耐热稳定性得到了显著的提高，因此使用本材料快速成型得到的产品不易发生变形，并且本材料可以降解再生，回收利用，绿色环保。本制备方法的制备工艺简单易行，节约了生产成本。

可选地，根据本发明的快速成型材料，其中所述工程塑料包括：聚丙烯、聚乙烯、ABS、尼龙、聚苯乙烯和聚碳酸酯。

可选地，根据本发明的快速成型材料，其中所述纳米纤维素的粒径为4-100nm。

可选地，根据本发明的快速成型材料，其中所述降粘剂包括：滑石粉、碳酸钙、氟化钙、石墨、玻璃粉、白炭黑、氧化镁、氧化铝或硅石。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1示出了根据本发明一种实施方式的快速成型材料的制备方法。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

图1示出了根据本发明一个实施方式快速成型材料的制备方法。根据本方法，首先进入S1100步骤：将原料在102-108℃干燥4-10小时后按重量比称取；将称取的所述原料进行S1200步骤的操作,即立体式搅拌共混30-90分钟；将所述搅拌共混的原料进行步骤S1300的操作，在70-140目的筛网中进行筛分快速成型材料的制备完成。

根据本发明提供快速成型材料的制备方法，工程塑料可以选择不同的种类、降粘剂可以选择不同的种类，以及制备步骤中的各个工艺参数也可以进行选择和设定，另外步骤S1300是必不可少的步骤，由此可见，本发明快速成型材料的制备方法涉及参数较多，因此具体的实施例仅作为本发明具体实现方式的示例性说明，而不构成对本发明保护范围的限制。下面将以本发明提供的快速成型材料的制备方法具体操作过程作为实施例进行进一步描述。

根据本发明快速成型材料制备方法中的不同参数，设计出以下实施例对本发明进行示例性说明。

实施例1

图1示出了根据本发明一个实施方式快速成型材料的制备方法。根据本方法，选择聚丙烯、滑石粉和纳米纤维素作为原料，首先进入S1100步骤：将原料在105℃干燥4-10小时后，称取以重量计的85份聚丙烯、0.5份纳米纤维素和2份滑石粉；将称取的所述原料进行S1200步骤的操作,即立体式搅拌共混30分钟；将所述搅拌共混的原料进行步骤S1300的操作，在70目的筛网中进行筛分，聚丙烯的快速成型材料的制备完成。

实施例2

图1示出了根据本发明一个实施方式快速成型材料的制备方法。根据本方法，选择ABS、氟化钙和纳米纤维素作为原料，首先进入S1100步骤：将原料在105℃干燥10小时后，称取以重量计的97.5份ABS、5份纳米纤维素和10份氟化钙；将称取的所述原料进行S1200步骤的操作,即立体式搅拌共混40分钟；将所述搅拌共混的原料进行步骤S1300的操作，在140目的筛网中进行筛分，ABS的快速成型材料的制备完成。

实施例3

图1示出了根据本发明一个实施方式快速成型材料的制备方法。根据本方法，选择聚苯乙烯、石墨和纳米纤维素作为原料，首先进入S1100步骤：将原料在105℃干燥7小时后，称取以重量计的90份聚苯乙烯、3份纳米纤维素和6份石墨；将称取的所述原料进行S1200步骤的操作,即立体式搅拌共混50分钟；将所述搅拌共混的原料进行步骤S1300的操作，在100目的筛网中进行筛分，聚苯乙烯的快速成型材料的制备完成。

实施例4

图1示出了根据本发明一个实施方式快速成型材料的制备方法。根据本方法，选择聚碳酸酯、玻璃粉和纳米纤维素作为原料，首先进入S1100步骤：将原料在105℃干燥6小时后，称取以重量计的95份聚碳酸酯、4份纳米纤维素和8份玻璃粉；将称取的所述原料进行S1200步骤的操作,即立体式搅拌共混60分钟；将所述搅拌共混的原料进行步骤S1300的操作，在120目的筛网中进行筛分；聚碳酸酯的快速成型材料的制备完成。

实施例5

图1示出了根据本发明一个实施方式快速成型材料的制备方法。根据本方法，选择尼龙6、硅石和纳米纤维素作为原料，首先进入S1100步骤：将原料在105℃干燥7小时后，称取以重量计的92份尼龙6、1份纳米纤维素和3份硅石；将称取的所述原料进行S1200步骤的操作,即立体式搅拌共混70分钟；将所述搅拌共混的原料进行步骤S1300的操作，在120目的筛网中进行筛分；尼龙6的快速成型材料的制备完成。

实施例7

图1示出了根据本发明一个实施方式快速成型材料的制备方法。根据本方法，选择尼龙6、碳酸钙和纳米纤维素作为原料，首先进入S1100步骤：将原料在105℃干燥6小时后，称取以重量计93份尼龙6、5份纳米纤维素和2份碳酸钙；将称取的所述原料进行S1200步骤的操作,即立体式搅拌共混80分钟；将所述搅拌共混的原料进行步骤S1300的操作，在100目的筛网中进行筛分；尼龙6的快速成型材料的制备完成。

实施例8

图1示出了根据本发明一个实施方式快速成型材料的制备方法。根据本方法，选择聚乙烯、白炭黑和纳米纤维素作为原料，首先进入S1100步骤：将原料在105℃干燥6小时后，称取以重量计92份聚乙烯、3份纳米纤维素、5份白炭黑；将称取的所述原料进行S1200步骤的操作,即立体式搅拌共混90分钟；将所述搅拌共混的原料进行步骤S1300的操作，在140目的筛网中进行筛分；聚乙烯的快速成型材料的制备完成。

根据本发明实施例1-8制备出了不同种类的成型周期短、热稳定性好、机械强度高的快速成型材料，将制备出的快速成型材料应用到快速成型技术领域得到的产品成型快而且不易变型，并且所述快速成型材料容易降解，可快速回收。

为了充分证明根据本发明的制备方法得到的快速成型材料具有优良的性能，随机选取了实施例7制备得到的尼龙6的快速成型材料和实施例8制备得到的聚乙烯的快速成型材料进行了相应的性能评价。

1.对实施例7得到的尼龙6的快速成型材料的性能评价及实施标准。

将实施例7得到尼龙6的快速成型材料颗粒以及尼龙6，分别在105℃的鼓风干燥箱中干燥4-6h，然后将干燥好的颗粒分别在注射成型机中成型制样。试样检测环境为：温度23℃、湿度50%；拉伸性能测试按ISO527-2进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速率为50mm/min；结晶温度通过差示扫描量热法测得。具体测试结果如表1所示：

表1实施例7材料的测试性能表

2.对实施例8得到的聚乙烯的快速成型材料的性能评价及实施标准。

将实施例8得到聚乙烯的快速成型材料颗粒以及聚乙烯，分别在105℃的鼓风干燥箱中干燥4-6h，然后将干燥好的颗粒分别在注射成型机中制样。试样检测环境为：温度23℃、湿度50%；拉伸性能测试按ISO527-2进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速率为50mm/min；结晶温度通过差示扫描量热法测得。具体测试结果如表2所示：

表2实施例8材料的测试性能表

根据表1和表2的数据可以看出，加入纳米纤维素对尼龙6和聚乙烯进行改性后，得到的尼龙6快速成型材料和聚乙烯快速成型材料的储能模量、拉伸模量和拉伸强度都得到了提高；结晶温度也提高了2-4℃左右，因此缩短了材料的成型时间，提高了生产效率。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

Claims

1.一种快速成型材料的制备方法，该制备方法包括：

提供原料,所述原料包括以重量计的工程塑料85-97.5份、纳米纤维素0.5-5份和降粘剂2-10份。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述工程塑料包括：聚丙烯、聚乙烯、ABS、尼龙、聚苯乙烯和聚碳酸酯。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述纳米纤维素的粒径为4-100nm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中所述降粘剂包括：滑石粉、碳酸钙、氟化钙、石墨、玻璃粉、白炭黑、氧化镁、氧化铝或硅石。

5.根据权利要求1所述的制备方法，包括步骤：

原料称取步骤（S1100）：将原料在105℃干燥4-10小时后按重量比称取；

共混改性步骤（S1200）：将称取的所述原料立体式搅拌共混30-90分钟；

6.一种根据权利要求1-5任一所述制备方法得到的快速成型材料，该快速成型材料的制备原料包括以重量计的：85-97.5份工程塑料、0.5-5份纳米纤维素和2-10份降粘剂。

7.根据权利要求6所述的快速成型材料，其中所述工程塑料包括：聚丙烯、聚乙烯、ABS、尼龙、聚苯乙烯和聚碳酸酯。

8.根据权利要求6所述的快速成型材料，其中所述纳米纤维素的粒径为4-100nm。

9.根据权利要求6所述的快速成型材料，其中所述降粘剂包括：滑石粉、碳酸钙、氟化钙、石墨、玻璃粉、白炭黑、氧化镁、氧化铝或硅石。