[發明專利]一種熔融沉積成型用聚乙烯/木粉復合絲材及其制備方法

在審

• 申請號: 201510827108.2
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105295175A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 于翔;王延偉;徐茜;王娜;丁寧;魏媛;辛長征
• 申請（專利權）人: 河南工程學院
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/08;C08L97/02;C08L51/06;C08L71/02;C08L23/00;C08K5/12;C08K5/134;C08K5/526;C08K5/20;C08K5/053;B33Y70/00
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張紹琳;孫詩雨

技術領域

本發明涉及一種熔融沉積成型用聚乙烯/木粉復合絲材及其制備方法，涉及3D打印技術和塑料加工領域。

背景技術

3D打印技術又稱增材制造技術，誕生于20世紀80年代后期，是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。3D打印技術涉及信息技術、材料科學、精密機械等多個方面，在當今制造業中越來越具有競爭力，因此被稱為“具有工業革命意義的制造技術”。3D打印技術包括熔融沉積成型、選擇性激光燒結、立體光固化成型等技術，大大拓展了材料成型的方法，特別是對于無法通過熔融加工成型的材料而言，3D打印技術是一種很好的解決方案。

作為3D打印技術的一種，熔融沉積成型（FusedDepositionMolding,FDM）是一種將熱塑性絲材經固體-熔體-固體兩次相變加工成型的方法。熱塑性絲材由供絲機構送進噴頭，在噴頭中加熱至熔融態。熔融態材料從噴頭中擠出，按計算機給出的二維截面信息，隨加熱噴頭的運動，選擇性進行涂覆。一層完成后，噴頭上升一個層高（或工作臺下降一個層高），再進行下一層的涂覆，如此循環，最終形成三維制件。目前，市場上用于FDM的3D打印材料主要有丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）和聚乳酸（PLA）兩種。其中，ABS力學性能好，尤其是韌性高，但在打印時會產生刺激性氣味，不適合辦公室等環境，并且不透明；PLA在打印熔融時無刺激性氣味，可降解，但是耐熱性差、力學性能差，尤其是易發生脆性斷裂，極大的限制了打印物件的使用。開發新的FDM用材料因此成為3D打印領域的一項重要研究內容。

聚乙烯（PE）是由乙烯單獨聚合或乙烯與其它烯烴共聚合得到的聚合物，具有密度小、強度高、耐熱、絕緣性好、化學性質穩定以及價格低廉等優點，在FDM領域具有廣泛的應用前景。但是，在FDM過程中，PE冷卻成型時會發生結晶，導致打印的制件容易收縮變形產生翹曲、產品偏脆等缺陷，這使得PE在FDM領域應用受到了限制。

綜合以上內容，為推廣PE在FDM領域的應用，需要抑制PE的結晶行為，增加PE的韌性，這能夠降低FDM制件的收縮變形，提高制件的成型精度，以滿足FDM工藝的要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種熔融沉積成型用聚乙烯/木粉復合絲材，以克服現有熔融沉積成型用聚乙烯材料的缺陷，木粉的加入能夠抑制聚乙烯的結晶，增強聚乙烯材料的韌性，從而降低FDM制件的收縮變形，提高制件的成型精度。

本發明的另一目的是提供一種熔融沉積成型用聚乙烯/木粉復合絲材的制備方法，工藝簡單，成本低廉，能夠快速生產出符合熔融沉積成型要求的聚乙烯/木粉復合絲材。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種熔融沉積成型用聚乙烯/木粉復合絲材，它是由下述重量份數的原料制成的：聚乙烯60-90、木粉10-30、相容劑5-10、潤滑劑0.9-3、增塑劑0.9-3、穩定劑0.1-0.5。

所述聚乙烯為高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或線性低密度聚乙烯中的一種或幾種的混合。

所述木粉為秸稈、稻糠、木質邊角料、鋸末中的一種或幾種的混合，木粉粒徑為200-300目。

所述相容劑為馬來酸酐接枝型相容劑，優選為馬來酸酐接枝型聚乙烯。

所述潤滑劑為聚烯烴、硬脂酰胺類潤滑劑或聚乙二醇中的一種或幾種的混合。

所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯、環氧大豆油、甘油、合成植物酯中的一種或幾種的混合。

所述穩定劑為受阻酚類大分子型抗氧劑、亞磷酸類抗氧劑和烷酯類抗氧劑中的一種或幾種的混合。

所述穩定劑為抗氧劑1010和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯的混合物或抗氧劑168和三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯的混合物。

一種熔融沉積成型用聚乙烯/木粉復合絲材的制備方法，包含以下步驟：

（1）原材料的處理：準備各原料，將木粉通過制粉機加工成粉末狀，木粉經篩粉后粒徑控制在200-300目，然后將聚乙烯、木粉進行烘干操作，將殘留在聚乙烯、木粉中的水分蒸發，控制聚乙烯與木粉的含水率在10%以下；

（2）試劑與原材料混合：先向攪拌機中放入聚乙烯，再添加潤滑劑，期間不停攪拌混合，攪拌均勻后添加增塑劑，攪拌均勻，待混合完成后，再添加木粉進行后續混合，繼續混合2分鐘，最后得到混合原料；

（3）加熱擠出：將混合原料加入到雙螺桿擠出機中，加料速度保持均勻流暢，保證在擠出過程中不產生堵塞，出絲穩定流暢；