本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體公開了一種高密度聚乙烯與納米改性二氧化硅復(fù)合的3D打印材料。
背景技術(shù)：
聚乙烯是最早發(fā)展的高分子聚合材料，也是最簡單的高分子材料，它的簡單導(dǎo)致了它作為最基本的架構(gòu)單元，可以發(fā)展許多實用的產(chǎn)品。聚乙烯主要分為線性低密度聚乙烯，低密度聚乙烯，高密度聚乙烯。高密度聚乙烯是一種結(jié)晶度高，屬于非極性的熱塑性樹脂，具有柔軟性，伸長率，沖擊強度和滲透性較好的特點。同時它是無毒，無味的白色顆粒，熔點132℃左右，相對密度為0.941～0.961，化學(xué)穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，機械強度好。
CN103980593A涉及一種改性高密度聚乙烯3D打印成型材料及其制備方法，該方法使用經(jīng)過硝酸活化的碳納米管，并添加滑石粉、碳酸鈣將高密度聚乙烯改性，增強高密度聚乙烯的拉伸強度和沖擊韌性，擴大其應(yīng)用領(lǐng)域，使高密度聚乙烯材料更加符合3D打印材料的特點。該方法使用高速混合機加工各種添加劑和高密度聚乙烯進行混合，再進行擠壓造粒。其缺點在各添加劑與高密度聚乙烯并未充分混合和接觸，添加劑的改性作用發(fā)揮的不夠充分，同時納米管的價格比較貴，導(dǎo)致總成本較高。
CN104629152A涉及一種回收利用廢棄高密度聚乙烯塑料制備3D打印材料的方法，該方法通過將廢棄的高密度聚乙烯塑料重新利用，添加助劑對其進行改性，強化其韌性、拉伸強度和沖擊強度。該方法使用了低溫粉碎，在液氨低溫粉碎機中將各種助劑和材料與-120℃～-140℃中粉碎1-2h，然后經(jīng)雙螺桿擠壓機擠出造粒。其缺點是回收的廢廢棄的高密度聚乙烯里面含有各種雜質(zhì)或異物，即使前處理中清洗干凈，但對于回收材料中含有的未知成分不清楚，也難以清楚與之分離，導(dǎo)致生成的材料性能各異，不可預(yù)知。最重要的是，材料的均勻性和冷卻的收縮率隨著回收材料的各異而表現(xiàn)各異，不可能規(guī)模生產(chǎn)，不具有實用價值。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種3D打印材料，以克服現(xiàn)有技術(shù)中3D材料生產(chǎn)成本高，不符合3D打印要求的缺陷。
為了實現(xiàn)以上目的及其他目的，本發(fā)明是通過包括以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種3D打印材料，其特征在于：所述材料包括以下原料組分及重量份：
優(yōu)選地，所述高密度聚乙烯為40～50重量份。
優(yōu)選地，所述納米改性二氧化硅為40～50重量份。
優(yōu)選地，所述加工助劑為2～3重量份。
優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑為1～2重量份。
優(yōu)選地，所述增韌劑為2～3重量份。
優(yōu)選地，所述抗氧化劑為1～2重量份。
優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為1～2重量份。
優(yōu)選地，所述納米改性二氧化硅是通過如下方法獲得的：以甲醇和水混合物作為改性助劑，六甲基二氧化硅和二甲基二氯硅烷中的一種或兩種作為改性劑，采用干法工藝，將納米二氧化硅：改性助劑：改性劑混合于高速攪拌器攪拌，混合均勻后靜置，然后烘干即得納米改性二氧化硅。
更優(yōu)選地，所述納米二氧化硅、改性助劑和改性劑之間的質(zhì)量比為12:100:0.5。
更優(yōu)選地，所述甲醇與水的體積比為1：100。
更優(yōu)選地，所述納米改性二氧化硅顆粒的直徑為15～35nm。
優(yōu)選地，所述加工助劑選自氯化聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一種或兩種。
優(yōu)選地，所述交聯(lián)劑為三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
優(yōu)選地，所述增韌劑為聚丁二酸丁二醇酯。
優(yōu)選地，所述抗氧化劑為硫代二丙酸雙十八酯、季戊四醇或硫代二丙酸二月松脂中的一種。
優(yōu)選地，所述偶聯(lián)劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑。
本發(fā)明提供一種制備如上述所述打印材料的方法，為將高密度聚乙烯、納米改性二氧化硅、加工助劑、交聯(lián)劑、抗氧化劑和偶聯(lián)劑混合后在-20～-5℃下研磨制備混合料，再將增韌劑加入混合料中混合擠出造粒。
更優(yōu)選地，所述研磨步驟可以再冷凍研磨機中進行。所述冷凍研磨機的轉(zhuǎn)速為300～500rpm。
優(yōu)選地，擠出造粒時采用雙螺桿擠出機擠出拉絲成型，雙螺桿擠出機的各區(qū)的擠出溫度分別為：170～180℃、180～190℃、190～200℃、210～215℃、215～220℃，模頭溫度為215～220℃。
本發(fā)明還公開了如上述所述打印材料在3D打印中的應(yīng)用。
本發(fā)明中提供的上述技術(shù)方案具有以下有益效果：
本發(fā)明在低溫條件下，利用冷凍研磨機粉碎混合反應(yīng)技術(shù)，使偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑，低分子量聚合物與聚乙烯和二氧化硅進行偶聯(lián)和交聯(lián)反應(yīng)；并且將抗氧劑均勻的分散在打印材料中，達到了協(xié)同作用的效果，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)高密度聚乙烯的改性和增強。
本發(fā)明在低溫條件下，利用冷凍研磨機粉碎混合技術(shù)，不經(jīng)過高溫、高剪切力的作用，保證了聚乙烯和二氧化硅材料的完整性，利用抗氧化劑保證了材料在空氣中的穩(wěn)定性，改性效果顯著。
本發(fā)明對二氧化硅進行納米改性，使它更好的與高密度聚乙烯融合，保證均勻，同時無機材料的使用使打印材料的質(zhì)感得到起升，更真實實用。
本發(fā)明的高密度聚乙烯和納米改性二氧化硅材料具有很好的韌性、沖擊強度和熱穩(wěn)定性，通過3D打印出來的產(chǎn)品性能良好。本發(fā)明生產(chǎn)成本適中，生產(chǎn)過程簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，實施例僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍。
實施例1
本實施例中3D打印材料，所述材料包括以下原料組分及重量份：
實施例2
本實施例中3D打印材料，所述材料包括以下原料組分及重量份：
實施例3
本實施例中3D打印材料，所述材料包括以下原料組分及重量份：
實施例4
本實施例中3D打印材料，所述材料包括以下原料組分及重量份：
本實施例中所述加工助劑為氯化聚乙烯與乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合物，其質(zhì)量比為1:1。
本實施例中所述增韌劑為聚丁二酸與丁二醇酯的混合物，兩者質(zhì)量比為1:1。
實施例5
本實施例中3D打印材料，所述材料包括以下原料組分及重量份：
本實施例中所述加工助劑為氯化聚乙烯與乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的混合物，其質(zhì)量比為1:2。
本實施例中所述增韌劑為聚丁二酸與丁二醇酯的混合物，兩者質(zhì)量比為1:2。
將實施例1～5中的打印材料按照如下方法制備：高密度聚乙烯、納米改性二氧化硅、加工助劑、交聯(lián)劑、抗氧化劑和偶聯(lián)劑混合后在-20～-5℃下研磨制備混合料，再將增韌劑加入混合料中混合擠出造粒。
所述研磨步驟可以再冷凍研磨機中進行。所述冷凍研磨機的轉(zhuǎn)速為300～500rpm。
擠出造粒時采用雙螺桿擠出機擠出拉絲成型，雙螺桿擠出機的各區(qū)的擠出溫度分別為：170～180℃、180～190℃、190～200℃、210～215℃、215～220℃，模頭溫度為215～220℃。
將實施例1～5中制備的3D打印材料進行性能測試，測試結(jié)果如下表所示：
將本發(fā)明實施例1～5中的3D打印材料生產(chǎn)成本適中，生產(chǎn)過程簡單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；且將其應(yīng)用于3D打印技術(shù)中獲得的3D打印產(chǎn)品形象立體逼真且具有良好的強度。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明任何形式上和實質(zhì)上的限制，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還將可以做出若干改進和補充，這些改進和補充也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，當可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實施例；同時，凡依據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)對上述實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。