[发明专利]一种可用于3D打印的超低密度聚丙烯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚丙烯复合材料领域，具体涉及一种可用于3D打印的超低密度聚丙烯复合材料，以及这种复合材料的制备方法。

背景技术

快速成型技术也称3D打印技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学于一身，它可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。

目前市场上最常见的3D打印高分子有ABS和聚乳酸(PLA)两种。ABS力学性能好，尤其是韧性高，也广泛应用于工业级别的3D打印；缺点是打印、熔融时会有“难闻”的气体产生，不适合办公室、工作室等环境，且不透明。聚乳酸的优势在于透明、熔融时无难闻异味，可降解；缺点在于耐热性差，力学性能差，尤其是易发生脆性断裂，极大的限制了打印物件的使用。

聚丙烯具有良好的加工性能和物理、化学性能，极低的密度，以及相对低廉的价格，而被广泛应用，是目前增长速度最快的通用热塑性塑料。

发泡材料是目前实现高性能低密度材料的最重要的方法之一，可膨胀微球是一种非传统的物理发泡剂，由热塑性树脂所形成的外壳和内包的发泡剂组成，热塑性树脂外壳通常使用1，1-二氯乙烯系共聚物、丙烯腈系共聚物、丙烯酸系共聚物，内含的发泡剂则主要使用异丁烷或异戊烷等烃类，其沸点在树脂外壳的软化点以下。加热后微球可以膨胀40倍～100倍，低温冷却后可以固化。由于其稳定的发泡特性，较低的商业成本，已被广泛应用到各个领域，随着产品的不断改善，壳体耐热温度不断提高，已经出现了耐热170℃以上的壳体，已具备了应用于聚丙烯的潜力。

提供一种超低密度、韧性好、成型快的可用于3D打印的聚丙烯复合材料，对于促进3D打印材料的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于3D打印的聚丙烯复合材料及其制备方法，该聚丙烯复合材料具有超低密度、韧性好、成型快的优点，克服了现有3D打印材料局限性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可用于3D打印的超低密度聚丙烯复合材料，由下列重量百分比的原料组成：

其中，所述的聚丙烯为熔体流动速率(230℃×2.16kg)在0.5-60g/10min之间的均聚丙烯、嵌段共聚丙烯或无规共聚丙烯，其共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在1-15％范围内。优选熔体流动速率(230℃×2.16kg)3-40g/10min的，乙烯含量在4-10％范围的嵌段共聚丙烯。

所述的增韧剂为任何合适的乙烯辛烯共聚物(POE)，熔体流动速率(230℃×2.16kg)为0.5-50g/10min。

所述无机填料为滑石粉、碳酸钙、硫酸钡中的一种或以上的组合物，其平均粒径为1-20μm；优选平均粒径为1-10μm的滑石粉。

所述的可膨胀微球为直径5～50μm，耐热170℃以上，优选直径5～20μm，耐热190℃以上的可膨胀微球。可选的可膨胀微球包括但不限于日本松本油脂制药株式会社的F-190D、F230D、F260D，瑞典Akzo Nobel公司的Expancel 093DU120、909DU80、920DU40、920DU80、920DU120、930DU120、950DU80等。

所述成核剂为任何合适的β成核剂，包括但不限于广东韦林纳的稀土成核剂、山西化工研究所的TMB-5等。

所述稳定剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，包括但不限于3114(化学名称为1，3，5-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)-1，3，5-三嗪-2，4，6[1H，3H，5H]三酮)、1010(化学名称为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、DSTP(化学名称为硫代二丙酸硬脂醇酯)中的一种或以上的组合物；辅助抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂，包括但不限于618(化学名称为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯)、168(化学名称为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯)中的一种或两种组合。

所述其它添加剂包括本领域技术人员认为所需的着色剂、加工助剂、润滑剂中的一种或以上的组合物。

上述所述可用于3D打印的聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：

1)按重量配比称取原料；