本發(fā)明涉及一種用于熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須復(fù)合材料及其制備方法，具體屬于熔融擠壓成型材料改性領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：熔融擠壓成型技術(shù)是不依靠激光作為能源，所需條件溫和的一種快速成型方式。該方法以絲狀材料為原料，通過計(jì)算機(jī)控制加熱噴頭將原料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)，在一個(gè)層面將材料轉(zhuǎn)變?yōu)楸∧顟B(tài)，再利用工作模塊高度的變化，將材料逐步堆砌為具有一定厚度和結(jié)構(gòu)的三維制件。該快速成型工藝相對簡單、易于操作，可應(yīng)用于辦公和醫(yī)療等環(huán)境，無毒氣或化學(xué)物質(zhì)污染。熔融擠壓成型技術(shù)常用的絲狀原料多為熱塑性純樹脂材料，多存在成型速度慢、力學(xué)強(qiáng)度低和尺寸穩(wěn)定性差等不足。鈦酸鉀晶須是一種直徑小、強(qiáng)度高的特殊晶須，不存在位錯(cuò)或不完整結(jié)晶的缺陷。采用鈦酸鉀晶須對熱塑性塑料進(jìn)行改性，可以大幅提高復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)微米級的尺寸保證了足夠簡單和效率的生產(chǎn)模式。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為改善熔融擠壓成型技術(shù)常用原材料的成型速度慢、力學(xué)強(qiáng)度低和尺寸穩(wěn)定性差等不足，本發(fā)明提供了一種用于熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須復(fù)合材料及其制備方法。改性后的復(fù)合材料具有成型速度快、力學(xué)強(qiáng)度大和尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)賦予復(fù)合材料優(yōu)良的耐熱性。此外本發(fā)明所涉及的復(fù)合材料制備所需設(shè)備及工藝簡單，可直接應(yīng)用和推廣于熔融層積成型領(lǐng)域制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的部件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種用于熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須復(fù)合材料，由以下重量份的組分制成：樹脂基體100份，鈦酸鉀晶須5～35份，偶聯(lián)劑0.1～0.5份，抗氧劑0.1～0.5份，熱穩(wěn)定劑0.1～0.5份，潤滑劑0.1～0.5份。所述的樹脂基體優(yōu)選為聚乙烯（PE）或均聚聚丙烯（PP）。所述的鈦酸鉀晶須為長度1～10μm的二鈦酸鉀晶須或四鈦酸鉀晶須。所述的偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。所述的抗氧劑為四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯或β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯。所述的熱穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣或硬脂酸鋇。所述的潤滑劑為乙烯-丙烯酸共聚物或季戊四醇硬脂酸酯。所述的用于熔融擠壓成型的樹脂的制備方法包含以下步驟：（1）按以下比例配備原料：樹脂基體100份、鈦酸鉀晶須5～35份、偶聯(lián)劑0.1～0.5份、抗氧劑0.1～0.5份、熱穩(wěn)定劑0.1～0.5份以及潤滑劑0.1～0.5份，置于高速混合機(jī)分散10～30分鐘；（2）將分散后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為所需制件。本發(fā)明的有益效果：1、鈦酸鉀晶須填充樹脂基體后，可以在熔融擠壓過程中對基體材料起到支撐和固定作用，大幅提高復(fù)合材料的成型速度；2、鈦酸鉀晶須是目前已知纖維中強(qiáng)度最高的一種，其中二鈦酸鉀晶須是以五氧化鈦三角雙錐體利用共頂點(diǎn)嵌連而成的連鎖層狀結(jié)構(gòu)，四鈦酸鉀是以鈦氏八面體通過共棱和共角結(jié)構(gòu)連接而成的連鎖層狀結(jié)構(gòu)，用于改性樹脂基體可以提高復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度；3、鈦酸鉀晶須是優(yōu)異的耐熱晶須材料，用于改性樹脂基體可以提高復(fù)合材料整體的耐熱性能；4、選用晶須材料進(jìn)行填充改性，可以復(fù)合材料整體的收縮率，提高尺寸穩(wěn)定性。本發(fā)明所制備的一種用于熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須復(fù)合材料，具有成型速度快、力學(xué)強(qiáng)度大和尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)賦予復(fù)合材料優(yōu)良的耐熱性。此外本發(fā)明所涉及的復(fù)合材料制備所需設(shè)備及工藝簡單，可直接應(yīng)用和推廣于熔融層積成型領(lǐng)域制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的部件。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)例對本
發(fā)明內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但所述實(shí)施例并非是對本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的簡單限定，任何基于本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神所作出的簡單變化或等同替換均應(yīng)屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。制備的樣品在23℃、50%濕度環(huán)境下調(diào)節(jié)后，分別采用ASTMD638和ASTMD648檢測制件的拉伸強(qiáng)度和熱變形溫度，同時(shí)記錄并檢測制件的成型速度和收縮率。本發(fā)明的具體實(shí)施例如下：實(shí)例1（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須5份，偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.1份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.1份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.1份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.1份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散10分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。實(shí)例2（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須15份，偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.2份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.2份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.2份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.2份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散15分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。實(shí)例3（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須25份，偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.3份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.3份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.3份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.3份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散20分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。實(shí)例4（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須30份，偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.4份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.4份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.4份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.4份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散25分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。實(shí)例5（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，二鈦酸鉀晶須35份，偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.5份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.5份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.5份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散30分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。實(shí)例6（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須5份，偶聯(lián)劑γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷0.1份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.1份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.1份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.1份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散10分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。實(shí)例7（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須15份，偶聯(lián)劑γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷0.2份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.2份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.2份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.2份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散15分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。實(shí)例8（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須25份，偶聯(lián)劑γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷0.3份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.3份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.3份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.3份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散20分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。實(shí)例9（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須30份，偶聯(lián)劑γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷0.4份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.4份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.4份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.4份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散25分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。實(shí)例10（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，四鈦酸鉀晶須35份，偶聯(lián)劑γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷0.5份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.5份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.5份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.5份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散30分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。對照實(shí)例1（1）按以下比例配備原料：PE樹脂基體100份，抗氧劑四[β-（3，5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.1份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鈣0.1份，潤滑劑乙烯-丙烯酸共聚物0.1份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散10分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。對照實(shí)例2（1）按以下比例配備原料：PP樹脂基體100份，抗氧劑β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸正十八碳醇酯0.1份，熱穩(wěn)定劑硬脂酸鋇0.1份，潤滑劑季戊四醇硬脂酸酯0.1份。（2）將混合后的原料置于高速混合機(jī)分散10分鐘，充分混合后的原料通過擠出機(jī)，原料經(jīng)熔融、塑化、擠出、牽引后，制得用于熔融擠壓成型的樹脂；（3）經(jīng)熔融擠壓工藝成型為性能檢測所需制件。所得制件性能見表一。表一：性能成型速度(cm3/h)拉伸強(qiáng)度(MPa)熱變形溫度(℃)收縮率(%)實(shí)例13123851.95實(shí)例23525931.74實(shí)例33826991.58實(shí)例441271071.41實(shí)例539261191.30實(shí)例62527901.50實(shí)例727301021.37實(shí)例830311131.26實(shí)例932331251.11實(shí)例1031321311.05對照實(shí)例12518752.20對照實(shí)例22020801.90本發(fā)明制備的一種用于熔融擠壓成型的鈦酸鉀晶須復(fù)合材料，具有成型速度快、力學(xué)強(qiáng)度大和尺寸穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)賦予復(fù)合材料優(yōu)良的耐熱性。通過表一中數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明制備的鈦酸鉀晶須改性聚乙烯復(fù)合材料，成型速度最快為41cm3/h，較改性前（對照實(shí)例1）提高64%；拉伸強(qiáng)度最大為27MPa，較改性前提高50%；熱變形溫度最高為119℃，較改性前提高59%；收縮率最小為1.30，較改性前降低41%。本發(fā)明制備的鈦酸鉀晶須改性聚丙烯復(fù)合材料，成型速度最快為32cm3/h，較改性前（對照實(shí)例2）提高60%；拉伸強(qiáng)度最大為33MPa，較改性前提高65%；熱變形溫度最高為131℃，較改性前提高64%；收縮率最小為1.05，較改性前降低45%。此外本發(fā)明所涉及的復(fù)合材料制備所需設(shè)備及工藝簡單，可直接應(yīng)用和推廣于熔融層積成型領(lǐng)域制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的部件。上述的對實(shí)施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3