專利名稱：一種快速成型材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種快速成型材料，尤其涉及一種含有納米纖維素的快速成型材料及其制備方法。
背景技術：
快速成型(Rapid Prototyping, RP)技術是20世紀90年代發展起來的一項先進制造技術，是由CAD模型直接驅動的快速制造任意復雜形狀三維物理實體的技術總稱。快速成型制造徹底顛覆了傳統加工零件的方法，與傳統加工方法相比具有數字化制造、高度柔性和適應性、快速等優點；并將三維幾何圖形實體化，使設計圖形迅速變成實物，成功的解決了 CAD設計中看得見，摸不著的問題，縮短了對新產品設計評估的周期，在汽車、機械、航空、電子、通訊、醫療、建筑等領域得到了廣泛的應用。
快速成型材料一般包括工程蠟、工程塑料、陶瓷粉、金屬粉、砂等，其中最為常用的是工程塑料。在工程塑料中一般采用聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、ABS、尼龍66和聚碳酸酯作為基本材料，但這些材料存在成型周期長、容易脆斷、耐熱性差以及在干態和低溫時抗沖擊能力差等問題，不太適合應用于快速成型技術。
因此希望提供一種成型周期短、熱穩定性好、機械強度高的快速成型材料來滿足市場需求。發明內容
為此，本發明提出了一種可以解決上述問題的至少部分解決上述問題的快速成型材料及其制備方法。
根據本發明的一個方面，提供了一種快速成型材料的制備方法，該制備方法包括:提供原料，所述原料包括以重量計的工程塑料85-97.5份、納米纖維素0.5-5份和降粘劑2-10 份。
根據本發明的 制備方法，包括納米纖維素。所述納米纖維素是通過選擇性水解天然纖維素原料(如木材、棉花和劍麻)制備而成。納米纖維素由于去除了無定形區所以結晶度很高；另外納米纖維素的粒徑處于納米級、比表面積大、楊氏模量為100-143Gpa、剛性強、而且耐高溫，溫度可達250°C ;此外納米纖維素具有生物可再生性和可持續性。因此將納米纖維素作為聚合物材料的增強劑添加至工程塑料中，對工程塑料的機械強度、熱穩定性和成型周期具有了很大的改善，使工程塑料進行改性后制備得到了非常適用于快速成型的材料。并且使用本發明的快速成型材料易降解、可再生綠色環保。
可選地，根據本發明的制備方法，其中所述工程塑料包括:聚丙烯、聚乙烯、ABS、尼龍、聚苯乙烯和聚碳酸酯。
使用納米纖維素對上述的工程塑料進行改性后都具有的成型周期短、機械強度大、熱穩定性好、容易降解的優勢。其中尼龍優選尼龍6。
可選地，根據本發明的制備方法，其中納米纖維素的粒徑為4-100nm。
當納米纖維素的粒徑為4-100nm時對工程塑料的改性效果更佳。可選地，根據本發明的制備方法，其中所述降粘劑包括:滑石粉、碳酸鈣、氟化鈣、石墨、玻璃粉、白炭黑、氧化鎂、氧化鋁或硅石。根據本發明的制備方法，加入了降粘劑防止因為粉末吸濕而引發的粘連和聚集，便于均勻成型、提高成型的精確度。可選地，根據本發明的制備方法，包括步驟:原料稱取步驟SllOO:將原料在105°C干燥4_10小時后按重量比稱取；共混改性步驟S1200:將稱取的所述原料立體式攪拌共混30-90分鐘；篩分步驟(S1300):將共混后的原料在70-140目的篩網中進行篩分。根據本發明的方法，在共混改性步驟中采用立體式攪拌共混使混合更加均勻，t匕使用平面共混的混合效果 更好，并且采用本制備方法工藝簡單易行，節約生產成本。另外在本發明中采用了篩分步驟，這樣可以使打印材料制備更加均勻。根據本發明的另一方面，提供了一種快速成型材料，該快速成型材料的制備原料包括以重量計的:85-97.5份工程塑料、0.5-5份納米纖維素和2_10份降粘劑。根據本發明的快速成型材料，通過加入納米纖維素對工程塑料進行改性，縮短了其成型周期，在很大程度上提高了生產效率，并且使產品的機械性能和耐熱穩定性得到了顯著的提高，因此使用本材料快速成型得到的產品不易發生變形，并且本材料可以降解再生，回收利用，綠色環保。本制備方法的制備工藝簡單易行，節約了生產成本。可選地，根據本發明的快速成型材料，其中所述工程塑料包括:聚丙烯、聚乙烯、ABS、尼龍、聚苯乙烯和聚碳酸酯。可選地，根據本發明的快速成型材料，其中所述納米纖維素的粒徑為4-100nm。可選地，根據本發明的快速成型材料，其中所述降粘劑包括:滑石粉、碳酸鈣、氟化鈣、石墨、玻璃粉、白炭黑、氧化鎂、氧化鋁或硅石。
通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。圖1示出了根據本發明一種實施方式的快速成型材料的制備方法。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的描述。圖1示出了根據本發明一個實施方式快速成型材料的制備方法。根據本方法，首先進入SllOO步驟:將原料在102-108°C干燥4_10小時后按重量比稱取；將稱取的所述原料進行S1200步驟的操作，即立體式攪拌共混30-90分鐘；將所述攪拌共混的原料進行步驟S1300的操作，在70-140目的篩網中進行篩分快速成型材料的制備完成。根據本發明提供快速成型材料的制備方法，工程塑料可以選擇不同的種類、降粘劑可以選擇不同的種類，以及制備步驟中的各個工藝參數也可以進行選擇和設定，另外步驟S1300是必不可少的步驟，由此可見，本發明快速成型材料的制備方法涉及參數較多，因此具體的實施例僅作為本發明具體實現方式的示例性說明，而不構成對本發明保護范圍的限制。下面將以本發明提供的快速成型材料的制備方法具體操作過程作為實施例進行進一步描述。
根據本發明快速成型材料制備方法中的不同參數，設計出以下實施例對本發明進行示例性說明。
實施例1
圖1示出了根據本發明一個實施方式快速成型材料的制備方法。根據本方法，選擇聚丙烯、滑石粉和納米纖維素作為原料，首先進入SllOO步驟:將原料在105°C干燥4-10小時后，稱取以重量計的85份聚丙烯、0.5份納米纖維素和2份滑石粉；將稱取的所述原料進行S1200步驟的操作，即立體式攪拌共混30分鐘；將所述攪拌共混的原料進行步驟S1300的操作，在70目的篩網中進行篩分，聚丙烯的快速成型材料的制備完成。
實施例2
圖1示出了根據本發明一個實施方式快速成型材料的制備方法。根據本方法，選擇ABS、氟化鈣和納米纖維素作為原料，首先進入SllOO步驟:將原料在105°C干燥10小時后，稱取以重量計的97.5份ABS、5份納米纖維素和10份氟化鈣；將稱取的所述原料進行S1200步驟的操作，即立體式攪拌共混40分鐘；將所述攪拌共混的原料進行步驟S1300的操作，在140目的篩網中進行篩分，ABS的快速成型材料的制備完成。
實施例3
圖1示出了根據本發明一個實施方式快速成型材料的制備方法。根據本方法，選擇聚苯乙烯、石墨和納米纖維素作為原料，首先進入SllOO步驟:將原料在105°C干燥7小時后，稱取以重量計的90份聚苯乙烯、3份納米纖維素和6份石墨；將稱取的所述原料進行S1200步驟的操作，即立體式攪拌共混50分鐘；將所述攪拌共混的原料進行步驟S1300的操作，在100目的篩網中進行篩分，聚苯乙烯的快速成型材料的制備完成。
實施例4
圖1示出了根據本發明一個實施方式快速成型材料的制備方法。根據本方法，選擇聚碳酸酯、玻璃粉和納米纖維素作為原料，首先進入SllOO步驟:將原料在105°C干燥6小時后，稱取以重量計的95份聚碳酸酯、4份納米纖維素和8份玻璃粉；將稱取的所述原料進行S1200步驟的操作，即立體式攪拌共混60分鐘；將所述攪拌共混的原料進行步驟S1300的操作，在120目的篩網中進行篩分；聚碳酸酯的快速成型材料的制備完成。
實施例5
圖1示出了根據本發明一個實施方式快速成型材料的制備方法。根據本方法，選擇尼龍6、硅石和納米纖維素作為原料，首先進入SllOO步驟:將原料在105°C干燥7小時后，稱取以重量計的92份尼龍6、I份納米纖維素和3份硅石；將稱取的所述原料進行S1200步驟的操作，即立體式攪拌共混70分鐘；將所述攪拌共混的原料進行步驟S1300的操作，在120目的篩網中進行篩分；尼龍6的快速成型材料的制備完成。
實施例7
圖1示出了根據本發明一個實施方式快速成型材料的制備方法。根據本方法，選擇尼龍6、碳酸鈣和納米纖維素作為原料，首先進入SllOO步驟:將原料在105°C干燥6小時后，稱取以重量計93份尼龍6、5份納米纖維素和2份碳酸鈣；將稱取的所述原料進行S1200步驟的操作，即立體式攪拌共混80分鐘；將所述攪拌共混的原料進行步驟S1300的操作，在100目的篩網中進行篩分；尼龍6的快速成型材料的制備完成。實施例8圖1示出了根據本發明一個實施方式快速成型材料的制備方法。根據本方法，選擇聚乙烯、白炭黑和納米纖維素作為原料，首先進入SllOO步驟:將原料在105°C干燥6小時后，稱取以重量計92份聚乙烯、3份納米纖維素、5份白炭黑；將稱取的所述原料進行S1200步驟的操作，即立體式攪拌共混90分鐘；將所述攪拌共混的原料進行步驟S1300的操作，在140目的篩網中進行篩分；聚乙烯的快速成型材料的制備完成。根據本發明實施例1-8制備出了不同種類的成型周期短、熱穩定性好、機械強度高的快速成型材料，將制備出的快速成型材料應用到快速成型技術領域得到的產品成型快而且不易變型，并且所述快速成型材料容易降解，可快速回收。為了充分證明根據本發明的制備方法得到的快速成型材料具有優良的性能，隨機選取了實施例7制備得到的尼龍6的快速成型材料和實施例8制備得到的聚乙烯的快速成型材料進行了相應的性能評價。1.對實施例7得到的尼龍6的快速成型材料的性能評價及實施標準。將實施例7得到尼龍6的快速成型材料顆粒以及尼龍6，分別在105°C的鼓風干燥箱中干燥4-6h，然后將干燥好的顆粒分別在注射成型機中成型制樣。試樣檢測環境為:溫度23°C、濕度50% ;拉伸性能測試按IS0527-2進行，試樣尺寸為150 X 10 X 4mm，拉伸速率為50mm/min ;結晶溫度通過差示掃描量熱法測得。具體測試結果如表I所示:表I實施例7材料的測試性能表
權利要求
1.一種快速成型材料的制備方法，該制備方法包括: 提供原料，所述原料包括以重量計的工程塑料85-97.5份、納米纖維素0.5-5份和降粘劑2-10份。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其中，所述工程塑料包括:聚丙烯、聚乙烯、ABS、尼龍、聚苯乙烯和聚碳酸酯。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其中所述納米纖維素的粒徑為4-100nm。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其中所述降粘劑包括:滑石粉、碳酸鈣、氟化鈣、石墨、玻璃粉、白炭黑、氧化鎂、氧化鋁或硅石。
5.根據權利要求1所述的制備方法，包括步驟: 原料稱取步驟(SllOO):將原料在105°C干燥4-10小時后按重量比稱取； 共混改性步驟(S1200):將稱取的所述原料立體式攪拌共混30-90分鐘； 篩分步驟(S1300):將共混后的原料在70-140目的篩網中進行篩分。
6.一種根據權利要求1-5任一所述制備方法得到的快速成型材料，該快速成型材料的制備原料包括以重量計的:85-97.5份工程塑料、0.5-5份納米纖維素和2_10份降粘劑。
7.根據權利要求6所述的快速成型材料，其中所述工程塑料包括:聚丙烯、聚乙烯、ABS、尼龍、聚苯乙烯和聚碳酸酯。
8.根據權利要求6所述的快速成型材料，其中所述納米纖維素的粒徑為4-100nm。
9.根據權利要求6所述的快速成型材料，其中所述降粘劑包括:滑石粉、碳酸鈣、氟化鈣、石墨、玻璃粉、白炭黑、氧化鎂、氧化鋁或硅石。
全文摘要
本發明公開了一種快速成型材料的制備方法，該制備方法包括提供原料，所述原料包括以重量計的85-97.5份的工程塑料、0.5-5份的納米纖維素和2-10份的降粘劑，制備步驟包括原料稱取步驟S1100將原料在105℃干燥4-10小時后按重量比稱取；共混改性步驟S1200將稱取的所述原料立體式攪拌共混30-90分鐘；篩分步驟S1300:將共混后的原料在70-140目的篩網中進行篩分。本發明還公開了根據該制備方法得到的快速成型材料。根據本發明的快速成型材料制備工藝簡單、易實現工業化；并且該材料成型周期短、熱穩定性好、機械強度高。
文檔編號C08L69/00GK103214738SQ20131014932
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月26日 優先權日2013年4月26日
發明者藍海, 任方萍, 時圣濤, 藍洋 申請人:中國國旅貿易有限責任公司