CN104629170A - 选择性激光烧结快速成形pp复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)的PP复合粉末材料,其组分包括:PP,无机填料,表面改性剂,光吸收剂,流动助剂,抗氧剂;本发明同时公开了PP复合材料的制备方法。本发明采用表面处理、改性工艺等过程,制备的PP复合粉末材料用于SLS成型时,具有制造工艺方便,烧结性能优良,成型产品在保证优良力学性能、高精度及优良成型效果的同时,提供了较高的冲击强度,有效改善了SLS制件综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于选择性激光烧结PP复合粉末材料,并提供了该PP复合粉末材料的制备方法。
背景技术
PP粉末材料是选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)使用最为广泛的一种高分子材料。可应用于航空、航天、机械制造、艺术品制造等行业。为进一步改善SLS制品的性能,需要对PP材料进行改性,以提高其强度、韧性及成型效果。
对PP的改性,与其他高分子材料一样,常以无机填料如碳酸钙、高岭土、水滑石、SiO2等为主,采用插层法进行改性。
近二十年来,聚合物/无机纳米复合材料的研究受到了人们的关注。其中,有关聚合物/水滑石纳米复合材料的研究近几年才出现,这其中大多数都是水溶性聚合物体系,只有少数是非水溶性聚合物体系。PP/水滑石纳米复合材料在物理结构上与聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料相似,当以聚合物为基体时,材料的力学性能有望得到较大提高。除此之外,更为重要的是由于水滑石化学组成的多变性,可以制备适合于各种用途的聚合物/水滑石复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于选择性激光烧结用PP复合材料,该材料在保证优良力学性能及成型效果的同时,改善SLS制件综合性能。
本发明的另一目的在于提供上述PP复合材料的制备方法。
本发明提供的一种用于选择性激光烧结的PP复合材料,是由以下组分组成的:PP,无机填料,表面改性剂,光吸收剂,流动助剂,抗氧剂;各组分按下述重量份数配比:
PP 45-89
无机填料 5-15
表面改性剂 5-30
光吸收剂0.4-5
流动助剂 0.1-3
抗氧剂 0.5-2
上述PP为通用型PP。
上述无机填料为水滑石、碳酸钙、蒙脱土,优选为水滑石。
上述表面改性剂为聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)、氯磺化聚丙烯、PP-g-MAH中的一种或几种。
上述光吸收剂为二苯甲酮类、苯并***类、受阻胺类;其中二苯甲酮类光吸收剂优选为2,4-二羟基二苯酮、2-二羟基-4-甲氧基二苯酮、2-羟基-4-辛氧基二苯酮的一种或几种。
上述流动助剂为为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。
上述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂,受阻酚类抗氧剂优选为对羟基苯甲醚、对苯二酚、2,6-二叔基对苯甲酚、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2,6-二叔丁基-4-甲基-苯酚、2,2′-双(4-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一种或几种。
按照上述各组分配比,按以下步骤制备用于选择性激光烧结的PP复合粉末材料:
A.无机填料表面改性:在混合釜中,将50%工业酒精加入无机填料中,升温至70℃,搅拌2h;再加入一定量表面改性剂,加少量水,用氢氧化钠调节pH=9;在70℃下,搅拌8h,冷却,静置12h。过滤,用50%工业酒精洗净。60℃真空干燥至恒重,研磨制得到表面改性的无机填料。B.PP复合改性:将PP、改性无机填料按一定比例混均,经双螺杆挤出,造粒;再经塑料磨粉机磨粉,通过150目筛,制得PP复合改性材料。
C.共混:将制备的PP复合改性材料加至混合搅拌器内,再添加光吸收剂、流动助剂、抗氧剂,搅拌均匀,通过120目筛,制得所述的基于选择性激光烧结的PP复合粉末材料。
将所制得的PP复合粉末材料用于SLS成形设备AMA600成形,所得成形制件按ASTM标准进行性能测试。
具体实施方法
实施例1(PP/APP/LDH=PP/5/5)
A.在混合釜中,加50%工业酒精10Kg,水滑石1000g,升温至70℃,搅拌2h;再加入聚磷酸铵(APP)1000g,加少量水,用氢氧化钠调节pH=9;再加热至70℃,搅拌8h,冷却,静置12h。过滤,用50%工业酒精洗净。60℃真空干燥至恒重,研磨制得到表面改性的无机填料。
B.PP复合改性:PP8800g、表面改性无机填料1000g,混均。经双螺杆挤出,造粒;再经塑料磨粉机磨粉,通过150目筛,制得PP复合改性材料。
C.共混:将制备的PP复合改性材料加至混合搅拌器内,再添加光吸收剂2,4-二羟基二苯酮50g、流动助剂纳米氧化钙100g、抗氧剂对羟基苯甲醚50g,搅拌均匀,通过120目筛,制得所述的基于选择性激光烧结的PP复合粉末材料。
在SLS成形设备AMA600上成形上述所得PP粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度2000mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度170℃;将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试。拉伸强度46Pa,弯曲强度41MPa,冲击强度7300J/m2,维卡温度52℃。
实施例2(PP/APP/LDH=PP/5/5)
A.在混合釜中,加50%工业酒精10Kg,水滑石1000g,升温至70℃,搅拌2h;再加入聚磷酸铵(APP)1000g,加少量水,用氢氧化钠调节pH=9;再加热至70℃,搅拌8h,冷却,静置12h。过滤,用50%工业酒精洗净。60℃真空干燥至恒重,研磨制得到表面改性的无机填料。
B.PP复合改性:PP8700g、表面改性无机填料1000g,混均。经双螺杆挤出,造粒;再经塑料磨粉机磨粉,通过150目筛,制得PP复合改性材料。
C.共混:将制备的PP复合改性材料加至混合搅拌器内,再添加光吸收剂2,4-二羟基二苯酮50g、流动助剂纳米氧化钙200g、抗氧剂对羟基苯甲醚50g,搅拌均匀,通过120目筛,制得所述的基于选择性激光烧结的PP复合粉末材料。
在SLS成形设备AMA600上成形上述所得PP粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度2000mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度170℃;将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试。拉伸强度47Pa,弯曲强度40.6MPa,冲击强度7270J/m2,维卡温度53℃。
实施例3(PP/APP/LDH=PP/10/5)
A.在混合釜中,加50%工业酒精10Kg,水滑石500g,升温至70℃,搅拌2h;再加入聚磷酸铵(APP)1000g,加少量水,用氢氧化钠调节pH=9;再加热至70℃,搅拌8h,冷却,静置12h。过滤,用50%工业酒精洗净。60℃真空干燥至恒重,研磨制得到表面改性的无机填料。
B.PP复合改性:PP8800g、表面改性无机填料1000g,混均。经双螺杆挤出,造粒;再经塑料磨粉机磨粉,通过150目筛,制得PP复合改性材料。
C.共混:将制备的PP复合改性材料加至混合搅拌器内,再添加光吸收剂2,4-二羟基二苯酮50g、流动助剂纳米氧化钙100g、抗氧剂对羟基苯甲醚50g,搅拌均匀,通过120目筛,制得所述的基于选择性激光烧结的PP复合粉末材料。
在SLS成形设备AMA600上成形上述所得PP粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度2000mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度170℃;将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试。拉伸强度8Pa,弯曲强度36MPa,冲击强度6900J/m2,维卡温度51℃。
实施例4(PP/APP/LDH=PP/10/10)
A.在混合釜中,加50%工业酒精10Kg,水滑石1000g,升温至70℃,搅拌2h;再加入聚磷酸铵(APP)1000g,加少量水,用氢氧化钠调节pH=9;再加热至70℃,搅拌8h,冷却,静置12h。过滤,用50%工业酒精洗净。60℃真空干燥至恒重,研磨制得到表面改性的无机填料。
B.PP复合改性:PP7800g、表面改性无机填料2000g,混均。经双螺杆挤出,造粒;再经塑料磨粉机磨粉,通过150目筛,制得PP复合改性材料。
C.共混:将制备的PP复合改性材料加至混合搅拌器内,再添加光吸收剂2,4-二羟基二苯酮50g、流动助剂纳米氧化钙100g、抗氧剂对羟基苯甲醚50g,搅拌均匀,通过120目筛,制得所述的基于选择性激光烧结的PP复合粉末材料。
在SLS成形设备AMA600上成形上述所得PP粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度2000mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度170℃;将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试。拉伸强度50Pa,弯曲强度43MPa,冲击强度7800J/m2,维卡温度55℃。
实施例5(PP/APP/LDH=PP/15/15)
A.在混合釜中,加50%工业酒精10Kg,水滑石1500g,升温至70℃,搅拌2h;再加入聚磷酸铵(APP)1500g,加少量水,用氢氧化钠调节pH=9;再加热至70℃,搅拌8h,冷却,静置12h。过滤,用50%工业酒精洗净。60℃真空干燥至恒重,研磨制得到表面改性的无机填料。
B.PP复合改性:PP6800g、表面改性无机填料3000g,混均。经双螺杆挤出,造粒;再经塑料磨粉机磨粉,通过150目筛,制得PP复合改性材料。
C.共混:将制备的PP复合改性材料加至混合搅拌器内,再添加光吸收剂2,4-二羟基二苯酮50g、流动助剂纳米氧化钙100g、抗氧剂对羟基苯甲醚50g,搅拌均匀,通过120目筛,制得所述的基于选择性激光烧结的PP复合粉末材料。
在SLS成形设备AMA600上成形上述所得PP粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度2000mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度170℃;将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试。拉伸强度43Pa,弯曲强度37MPa,冲击强度7000J/m2,维卡温度49℃。
Claims (9)
1.基于选择性激光烧结的PP复合粉末材料,其特征在于所述的粉末材料是由以下组分组成的:PP,无机填料,表面改性剂,光吸收剂,流动助剂,抗氧剂。
2.根据权利要求1所述,其特征是各组分按下述重量份数配比:
PP 45-89
无机填料 5-15
表面改性剂 5-30
光吸收剂 0.4-5
流动助剂 0.1-3
抗氧剂 0.5-2 。
3.根据权利要求1或2所述,其特征是所述的PP为通用型。
4.根据权利要求1或2所述,其特征是所述的无机填料为水滑石、碳酸钙、蒙脱土。
5.根据权利要求1或2所述,其特征是所述的表面改性剂为聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)、氯磺化聚丙烯、PP-g-MAH中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述,其特征是所述的光吸收剂为二苯甲酮类、苯并***类、受阻胺类;其中二苯甲酮类光吸收剂优选为2,4-二羟基二苯酮、2-二羟基-4-甲氧基二苯酮、2-羟基-4-辛氧基二苯酮。
7.根据权利要求1或2所述,其特征是所述的流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。
8.根据权利要求1或2所述,其特征是所述的抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂;受阻酚类抗氧剂优选为对羟基苯甲醚、对苯二酚、2,6-二叔基对苯甲酚、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2,6-二叔丁基-4-甲基-苯酚、2,2′-双(4-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一种或几 种。
9.权利要求1所述的基于选择性激光烧结的PP复合粉末材料是按以下步骤制得:
A.无机填料表面改性:在混合釜中,将50%工业酒精加入无机填料中,升温至70℃,搅拌2h;再加入一定量表面改性剂,加少量水,用氢氧化钠调节pH=9;在70℃下,搅拌8h,冷却,静置12h。过滤,用50%工业酒精洗净。60℃真空干燥至恒重,研磨制得到表面改性的无机填料。
B.PP复合改性:将PP、改性无机填料按一定比例混均,经双螺杆挤出,造粒;再经塑料磨粉机磨粉,通过150目筛,制得PP复合改性材料。
C.共混:将制备的PP复合改性材料加至混合搅拌器内,再添加光吸收剂、流动助剂、抗氧剂,搅拌均匀,通过120目筛,制得所述的基于选择性激光烧结的PP复合粉末材料。
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