一種用於熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須複合材料及其製備方法與流程
2023-11-04 04:25:37 1
本發明涉及一種用於熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須複合材料及其製備方法，具體屬於熔融擠壓成型材料改性領域。
背景技術：
：熔融擠壓成型技術是不依靠雷射作為能源，所需條件溫和的一種快速成型方式。該方法以絲狀材料為原料，通過計算機控制加熱噴頭將原料由固態轉變為熔融態，在一個層面將材料轉變為薄膜狀態，再利用工作模塊高度的變化，將材料逐步堆砌為具有一定厚度和結構的三維製件。該快速成型工藝相對簡單、易於操作，可應用於辦公和醫療等環境，無毒氣或化學物質汙染。熔融擠壓成型技術常用的絲狀原料多為熱塑性純樹脂材料，多存在成型速度慢、力學強度低和尺寸穩定性差等不足。鈦酸鉀晶須是一種直徑小、強度高的特殊晶須，不存在位錯或不完整結晶的缺陷。採用鈦酸鉀晶須對熱塑性塑料進行改性，可以大幅提高複合材料的力學強度和尺寸穩定性，同時微米級的尺寸保證了足夠簡單和效率的生產模式。技術實現要素：為改善熔融擠壓成型技術常用原材料的成型速度慢、力學強度低和尺寸穩定性差等不足，本發明提供了一種用於熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須複合材料及其製備方法。改性後的複合材料具有成型速度快、力學強度大和尺寸穩定性高等優點，同時賦予複合材料優良的耐熱性。此外本發明所涉及的複合材料製備所需設備及工藝簡單，可直接應用和推廣於熔融層積成型領域製備具有複雜結構的部件。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：一種用於熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須複合材料，由以下重量份的組分製成：樹脂基體100份，鈦酸鉀晶須5～35份，偶聯劑0.1～0.5份，抗氧劑0.1～0.5份，熱穩定劑0.1～0.5份，潤滑劑0.1～0.5份。所述的樹脂基體優選為聚乙烯（PE）或均聚聚丙烯（PP）。所述的鈦酸鉀晶須為長度1～10μm的二鈦酸鉀晶須或四鈦酸鉀晶須。所述的偶聯劑為γ-氨丙基三乙氧基矽烷或γ―(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷。所述的抗氧劑為四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯或β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯。所述的熱穩定劑為硬脂酸鈣或硬脂酸鋇。所述的潤滑劑為乙烯-丙烯酸共聚物或季戊四醇硬脂酸酯。所述的用於熔融擠壓成型的樹脂的製備方法包含以下步驟：（1）按以下比例配備原料：樹脂基體100份、鈦酸鉀晶須5～35份、偶聯劑0.1～0.5份、抗氧劑0.1～0.5份、熱穩定劑0.1～0.5份以及潤滑劑0.1～0.5份，置於高速混合機分散10～30分鐘；（2）將分散後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為所需製件。本發明的有益效果：1、鈦酸鉀晶須填充樹脂基體後，可以在熔融擠壓過程中對基體材料起到支撐和固定作用，大幅提高複合材料的成型速度；2、鈦酸鉀晶須是目前已知纖維中強度最高的一種，其中二鈦酸鉀晶須是以五氧化鈦三角雙錐體利用共頂點嵌連而成的連鎖層狀結構，四鈦酸鉀是以鈦氏八面體通過共稜和共角結構連接而成的連鎖層狀結構，用於改性樹脂基體可以提高複合材料的力學強度；3、鈦酸鉀晶須是優異的耐熱晶須材料，用於改性樹脂基體可以提高複合材料整體的耐熱性能；4、選用晶須材料進行填充改性，可以複合材料整體的收縮率，提高尺寸穩定性。本發明所製備的一種用於熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須複合材料，具有成型速度快、力學強度大和尺寸穩定性高等優點，同時賦予複合材料優良的耐熱性。此外本發明所涉及的複合材料製備所需設備及工藝簡單，可直接應用和推廣於熔融層積成型領域製備具有複雜結構的部件。具體實施方式下面結合具體實例對本
發明內容進行進一步的說明，但所述實施例並非是對本發明實質精神的簡單限定，任何基於本發明實質精神所作出的簡單變化或等同替換均應屬於本發明所要求保護的範圍之內。製備的樣品在23℃、50%溼度環境下調節後，分別採用ASTMD638和ASTMD648檢測製件的拉伸強度和熱變形溫度，同時記錄並檢測製件的成型速度和收縮率。本發明的具體實施例如下：實例1（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須5份，偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基矽烷0.1份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.1份，熱穩定劑硬脂酸鈣0.1份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.1份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散10分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。實例2（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須15份，偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基矽烷0.2份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.2份，熱穩定劑硬脂酸鈣0.2份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.2份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散15分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。實例3（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須25份，偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基矽烷0.3份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.3份，熱穩定劑硬脂酸鈣0.3份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.3份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散20分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。實例4（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須30份，偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基矽烷0.4份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.4份，熱穩定劑硬脂酸鈣0.4份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.4份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散25分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。實例5（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須35份，偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基矽烷0.5份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.5份，熱穩定劑硬脂酸鈣0.5份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.5份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散30分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。實例6（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須5份，偶聯劑γ―(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷0.1份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.1份，熱穩定劑硬脂酸鋇0.1份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.1份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散10分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。實例7（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須15份，偶聯劑γ―(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷0.2份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.2份，熱穩定劑硬脂酸鋇0.2份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.2份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散15分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。實例8（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須25份，偶聯劑γ―(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷0.3份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.3份，熱穩定劑硬脂酸鋇0.3份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.3份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散20分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。實例9（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須30份，偶聯劑γ―(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷0.4份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.4份，熱穩定劑硬脂酸鋇0.4份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.4份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散25分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。實例10（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須35份，偶聯劑γ―(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧基矽烷0.5份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.5份，熱穩定劑硬脂酸鋇0.5份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.5份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散30分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。對照實例1（1）按以下比例配備原料：PE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0.1份，熱穩定劑硬脂酸鈣0.1份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.1份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散10分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。對照實例2（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.1份，熱穩定劑硬脂酸鋇0.1份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.1份。（2）將混合後的原料置於高速混合機分散10分鐘，充分混合後的原料通過擠出機，原料經熔融、塑化、擠出、牽引後，製得用於熔融擠壓成型的樹脂；（3）經熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需製件。所得製件性能見表一。表一：性能成型速度(cm3/h)拉伸強度(MPa)熱變形溫度(℃)收縮率(%)實例13123851.95實例23525931.74實例33826991.58實例441271071.41實例539261191.30實例62527901.50實例727301021.37實例830311131.26實例932331251.11實例1031321311.05對照實例12518752.20對照實例22020801.90本發明製備的一種用於熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須複合材料，具有成型速度快、力學強度大和尺寸穩定性高等優點，同時賦予複合材料優良的耐熱性。通過表一中數據可知，本發明製備的鈦酸鉀晶須改性聚乙烯複合材料，成型速度最快為41cm3/h，較改性前（對照實例1）提高64%；拉伸強度最大為27MPa，較改性前提高50%；熱變形溫度最高為119℃，較改性前提高59%；收縮率最小為1.30，較改性前降低41%。本發明製備的鈦酸鉀晶須改性聚丙烯複合材料，成型速度最快為32cm3/h，較改性前（對照實例2）提高60%；拉伸強度最大為33MPa，較改性前提高65%；熱變形溫度最高為131℃，較改性前提高64%；收縮率最小為1.05，較改性前降低45%。此外本發明所涉及的複合材料製備所需設備及工藝簡單，可直接應用和推廣於熔融層積成型領域製備具有複雜結構的部件。上述的對實施例的描述是為便於該
技術領域：
的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。當前第1頁1 2 3