[发明专利]一种高透光率玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高透光率玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法与应用，所述聚丙烯材料由共聚聚丙烯、热塑性弹性体、矿粉填料、玻璃纤维A、玻璃纤维B、玻璃微珠填料、St‑GMA聚合物、抗氧剂、其他助剂制备而成。所述玻璃纤维A为折光率为1.49‑1.52的玻纤填料；所述玻璃纤维B为纤维长度为100‑200μm，直径5‑30μm的磨碎玻纤填料。本发明制备的PP材料透光率高，并且可降低材料成型收缩变形，翘曲变形小，并且具有较高的层间结合力，大大拓展了PP在工业级FDM打印领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法与应用，尤其涉及一种工业级熔融沉积成型用高透光率玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法与应用，属于聚合物材料技术领域。

背景技术

近年来，3D打印技术蓬勃发展，在现代制造逐步展现出强势的竞争力。基于原材料形态和制造方式，3D打印技术划分为熔融沉积成型、选择性激光烧结、立体光固化成型等多项具体工艺。其中，熔融沉积成型工艺(FDM)是计算机按照三维立体文件，控制材料熔融挤出再固化，逐层打印层层叠加形成最终三维实体零件。FDM工艺使用的材料主要是聚合物高分子材料，目前使用的聚合物主要是ABS和PLA，两种材料重要的特点是不结晶或者结晶速率慢，在成型过程中材料不会发生明显的收缩变形，从而可以精确地完成打印制造。

工业级3D打印成型是近年来发展的一大重要方向，其中FDM是制备大型制件的最优工艺选择。为进一步提升大型制件的打印效率，在传统FDM设备基础上，将原有的线材卷轴输入机构，替换为微型单螺杆，将聚合物线材替换为聚合物颗粒材料，直接将聚合物颗粒料投入微型单螺杆中，熔融挤出进行打印。相比于传统FDM设备，工业级FDM设备因微型单螺杆和聚合物颗粒的使用，更适用于高用量材料挤出，挤出效率和打印制件尺寸大幅提升。但是目前，针对该类工业级FDM，亟待开发与之配套的聚合物颗粒材料。

聚丙烯(PP)作为五大通用树脂之一，密度小、强度高、化学性质稳定和价格低廉，其在各行各业拥有广泛的应用。3D打印的大型制件通常对重量和材料耐候性等有严格要求，低密度的PP可有效降低制件重量，并提升制件对恶劣环境的耐受性。但是，PP熔融固化过程中会发生显著的收缩形变，这是制约其在3D打印技术中应用的一大难题。玻纤增强PP材料具有高刚性特点，通常应用在对材料力学性能要求高的领域，但是玻璃纤维的添加使得材料透光率严重下降，无法满足透光率要求高的应用要求。

另外，3D打印技术的特点是逐层打印，层层叠加。层层打印材料制件的结合强度，对于制件性能有非常大的影响，即层间结合力对于制件的实际应用影响巨大。特别是在FDM工艺中，层层之间的结合更为明显，对材料的层间结合力有更高的要求。前面介绍的ABS和PLA材料，因特殊的结晶行为，使其可以在完全成型固化前熔体与前一层的固体有充分的结合，因此层间结合力较高。与ABS和PLA不同，PP结晶速率快速，而且结晶度高达50％以上，造成其在熔融挤出后会快速固化成型，这导致其在FDM成型过程中，熔体与前一层的固体接触时间有限，难以形成有效的粘合，制件性能受到很大影响，这也是制约PP在3D打印中应用的一大难题。

综上，针对工业级FDM打印，亟需开发适合的PP颗粒材料，在满足低收缩变形和层间结合力强的要求下，玻纤填充提升材料性能的同时保持材料的高透光率，拓展材料在工业级3D打印制造领域的应用。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提出一种工业级熔融沉积成型用高透光率玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法与应用。为获得所述高透光率玻纤增强聚丙烯材料，本发明从制备原料入手进行多方面的优选和协同组合，以完成本发明。

本发明中，玻璃纤维A与玻璃纤维B的共混使用，在保证聚丙烯材料具有较高力学性能的同时具有较高的透光率，可以满足较高的应用需求；多重复合填料和St-GMA(苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯)聚合物的加入，有效提高了材料层间结合力，进一步优选高流动共聚PP树脂和热塑性弹性体，辅以前述组分，可最大程度降低材料成型收缩变形，使得3D打印的大型制件成型精度高，翘曲变形小，并且具有较高的层间结合力，大大拓展了PP在工业级FDM打印领域的应用。