本發(fā)明屬于材料，具體涉及一種具有低翹曲度的熔融沉積成型聚丙烯復(fù)合材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、熔融沉積成形?fdm(fused?deposition?modelling)是目前使用最廣泛的聚合物材料加工技術(shù)，被用于電子產(chǎn)品、醫(yī)療衛(wèi)生、模具模型制造以及汽車加工生產(chǎn)等領(lǐng)域。聚丙烯（pp）是一種適用于fdm打印的新型材料，具有生產(chǎn)成本低、機(jī)械性能好、重量輕、可加工性好和可回收性好等優(yōu)點(diǎn)。然而目前基于fdm技術(shù)打印的pp成形件存在收縮變形嚴(yán)重的問題。這主要是因?yàn)閜p本身具有流變行為、結(jié)晶速率快和體積收縮率高的特征，進(jìn)而導(dǎo)致純pp?的打印成形件變形嚴(yán)重。其中又以結(jié)晶速度快是導(dǎo)致pp翹曲的主要因素。

2、針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)做出了不少改進(jìn)。例如，公布號為cn110437538a，發(fā)明名稱為“一種3d打印用聚丙烯耗材及其制備方法”的專利，公開了采用滑石粉等無機(jī)填料填充的方法降低pp的成型收縮率，并與增韌劑協(xié)同制備3d打印聚丙烯材料的方法。但滑石粉的加入會(huì)降低聚丙烯材料的部分性能，例如拉伸性能、彎曲性能。

3、綜上所述，有必要提出新的方法和策略以對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種具有低翹曲度的熔融沉積成型聚丙烯復(fù)合材料及制備方法，部分地解決或緩解現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案。

2、本發(fā)明一方面在于提供一種用于制備聚丙烯復(fù)合材料的組合物。

3、一種用于制備具有低翹曲度的熔融沉積成型聚丙烯復(fù)合材料的組合物，所述組合物由聚丙烯和復(fù)合硅藻土材料組成；所述復(fù)合硅藻土材料由相變材料和預(yù)處理硅藻土組成；所述相變材料為相變溫度范圍為117℃~155℃的固液相變材料；所述預(yù)處理硅藻土為經(jīng)過酸處理和煅燒的硅藻土；所述組合物包括以下重量分?jǐn)?shù)的組分：90-100份的聚丙烯、10-25份的相變材料和5-10份的預(yù)處理硅藻土組成。

4、本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，所述復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上，物理化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的材料。

5、進(jìn)一步，所述預(yù)處理硅藻土為經(jīng)過過量硫酸處理和不低于300℃煅燒的硅藻土。

6、進(jìn)一步，所述相變材料具有氨基和羧基。

7、作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述相變材料包括相變材料fsm-pcm95或赤蘚糖醇。

8、其中，相變材料fsm-pcm95的相變溫度為134℃；赤蘚糖醇的相變溫度為118℃。

9、進(jìn)一步，所述復(fù)合硅藻土材料由相變材料與預(yù)處理硅藻土在150-190℃的溫度下加熱制成。

10、進(jìn)一步，所述相變材料與所述預(yù)處理硅藻土的質(zhì)量比為1:2~1:5。

11、作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述相變材料與所述預(yù)處理硅藻土的質(zhì)量比包括1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5和1:5。

12、本發(fā)明另一方面在于提供一種制備聚丙烯復(fù)合材料的方法。

13、一種制備具有低翹曲度的熔融沉積成型聚丙烯復(fù)合材料的方法，包括以下步驟：

14、s01：制備預(yù)處理硅藻土；

15、s011：將硅藻土加入到過量硫酸中，超聲處理得到硅藻土沉淀物；

16、s012：干燥所述硅藻土沉淀物；

17、s013：將干燥后的所述硅藻土沉淀物置于不低于300℃的溫度下煅燒，掃描電鏡下觀察到硅藻土表面出現(xiàn)孔洞結(jié)構(gòu)，得到所述預(yù)處理硅藻土；

18、s02：將5-10份的所述預(yù)處理的硅藻土與10-25份的相變材料在150-190℃的溫度下加熱制備得到復(fù)合硅藻土材料；所述相變材料為相變溫度范圍為117℃~155℃的固液相變材料；

19、s03：將90-100份的聚丙烯與所述復(fù)合硅藻土材料混合，攪拌均勻后投入雙螺桿擠出機(jī)中，加熱旋轉(zhuǎn)熔融后擠出，然后造粒、干燥得到聚丙烯復(fù)合粒料；

20、s04：將所述聚丙烯復(fù)合粒料投入到單螺桿擠出機(jī)中，加熱旋轉(zhuǎn)熔融后擠出到常溫水浴中，牽拉制成聚丙烯復(fù)合絲材。

21、進(jìn)一步，所述相變材料具有氨基和羧基。

22、作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述相變材料包括相變材料fsm-pcm95或赤蘚糖醇。

23、進(jìn)一步，所述相變材料與所述預(yù)處理硅藻土的質(zhì)量比為1:2~1:5。

24、作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述相變材料與所述預(yù)處理硅藻土的質(zhì)量比包括1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5和1:5。

25、進(jìn)一步，所述雙螺桿擠出機(jī)和所述單螺桿擠出機(jī)的加熱溫度為大于聚丙烯的熔融溫度，小于相變材料的熱分解溫度。

26、進(jìn)一步，所述雙螺桿擠出機(jī)和所述單螺桿擠出機(jī)的加熱溫度范圍為170-190℃。

27、作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述雙螺桿擠出機(jī)和所述單螺桿擠出機(jī)的加熱溫度為180-190℃。

28、由上述制備方法得到的兼具力學(xué)性能和低翹曲度的聚丙烯復(fù)合材料。

29、有益技術(shù)效果：

30、本發(fā)明創(chuàng)新的將相變材料引入聚丙烯3d打印中，通過特定相變材料的篩選和復(fù)配，最終得到一種性能改進(jìn)的聚丙烯復(fù)合材料（絲材），該聚丙烯復(fù)合材料能夠兼具良好的力學(xué)性和翹曲度低，克服了傳統(tǒng)材料在力學(xué)性能好的同時(shí)往往翹曲度較高的問題。本發(fā)明制備得到的優(yōu)選聚丙烯復(fù)合絲材，拉伸強(qiáng)度大于21mpa，彎曲強(qiáng)度大于66mpa，翹曲度小于40%。

31、本發(fā)明還提出了一種復(fù)合硅藻土材料，該材料由經(jīng)過酸處理的硅藻土與相變材料按特定比例復(fù)合而成。硅藻土經(jīng)過酸處理后可以去除多余雜質(zhì)，同時(shí)表面出現(xiàn)孔洞結(jié)構(gòu)，可以使相變材料更好的吸附結(jié)合。

技術(shù)特征：

1.一種用于制備具有低翹曲度的熔融沉積成型聚丙烯復(fù)合材料的組合物，其特征在于，所述組合物由聚丙烯和復(fù)合硅藻土材料組成；所述復(fù)合硅藻土材料由相變材料和預(yù)處理硅藻土組成；所述相變材料為相變溫度范圍為117℃~155℃的固液相變材料；所述預(yù)處理硅藻土為經(jīng)過酸處理和煅燒的硅藻土；所述組合物包括以下重量分?jǐn)?shù)的組分：90-100份的聚丙烯、10-25份的相變材料和5-10份的預(yù)處理硅藻土組成。

2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述相變材料具有氨基和羧基。

3.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述復(fù)合硅藻土材料由相變材料與預(yù)處理硅藻土在150-190℃的溫度下加熱制成。

4.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述相變材料與所述預(yù)處理硅藻土的質(zhì)量比為1:2~1:5。

5.一種制備具有低翹曲度的熔融沉積成型聚丙烯復(fù)合材料的方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述相變材料具有氨基和羧基。

7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述相變材料與所述預(yù)處理硅藻土的質(zhì)量比為1:2~1:5。

8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述雙螺桿擠出機(jī)和所述單螺桿擠出機(jī)的加熱溫度為大于聚丙烯的熔融溫度，小于相變材料的熱分解溫度。

9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述雙螺桿擠出機(jī)和所述單螺桿擠出機(jī)的加熱溫度范圍為170-190℃。

10.由權(quán)利要求5-9任一項(xiàng)所述的方法得到的兼具力學(xué)性能和低翹曲度的聚丙烯復(fù)合材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有低翹曲度的熔融沉積成型聚丙烯復(fù)合材料及制備方法。本發(fā)明首先提供了一種用于制備兼具力學(xué)性能和低翹曲度的聚丙烯復(fù)合材料的組合物，所述組合物由聚丙烯和復(fù)合硅藻土材料組成；所述復(fù)合硅藻土材料由相變材料和預(yù)處理硅藻土組成；所述相變材料為相變溫度范圍為117℃~155℃的固液相變材料。本發(fā)明創(chuàng)新的將相變材料引入聚丙烯3D打印中，通過特定相變材料的篩選和復(fù)配，最終得到一種性能改進(jìn)的聚丙烯復(fù)合材料（絲材），該聚丙烯復(fù)合材料能夠兼具良好的力學(xué)性和翹曲度低。

技術(shù)研發(fā)人員：黎靜,李巖巖,高霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15