[发明专利]一种用于3D打印的改性低密度聚乙烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性低密度聚乙烯纳米复合材料及其制备方法，具体涉及一种用于3D打印的改性低密度聚乙烯纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

低密度聚乙烯(LDPE)为乳白色圆珠形颗粒，无毒、无味、无臭，表面无光泽，密度为0.916-0.930g/cm³。它是高压下由乙烯自由基聚合获得的合成树脂，故又称“高压聚乙烯”。由于分子链中含有较多的长短支链，因此产品密度较小，柔软，耐低温性、耐冲击性较好；具有良好的化学稳定性，除耐强氧化酸外，一般情况下耐酸、碱、盐类的腐蚀作用，具有优异的电绝缘性能，水蒸气透过率低，流动性好，具有良好的成型加工性能，适合注塑、挤塑、吹塑、旋转成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等热塑性成型加工的各种工艺。

3D打印技术主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工艺。其中熔融沉积成型技术(FDM)和选择性激光烧结(SLS)技术都使用热塑性塑料作为基本的3D打印材料。

虽然低密度聚乙烯(LDPE)具有良好的延伸性、电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性(可耐-70℃)等优异的性能，但也存在很多不足：机械强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差，分子结构不够规整，结晶度(55-65％)低，结晶熔点(108-126℃)也较低。

此外，近年来，纳米材料已经广泛应用于许多领域。

CN1433443A涉及一种形成在聚合物基质中嵌入纳米纤维的复合体的方法，该方法包括在塑性基质中混入纳米纤维以形成团聚体，和通过使团聚体处于流体动力应力下而均匀地分布纳米纤维；所述流体动力应力使所述团聚体分裂开，结合进行额外的延伸流动可用来实现小直径和排列。所得复合体可以用熔凝沉积(FDM)成型，其中将一卷纳米纤维增强的聚合物用作FDM工艺的导线原料。在该过程中，纳米纤维复合线(直径约为2毫米)经过毫米尺寸的模头挤出，产生成排的复合线制成片材和3D部件。该专利中所用的原料为纳米纤维增强的聚合物线材。其缺点在于：纳米纤维复合线的FDM非常复杂，不易处理。

CN1812878A涉及一种适于3D印刷的粉末，该粉末包括热塑性颗粒物和粘合剂颗粒物的共混物，其中泛泛地提及所述热塑性颗粒物可选自聚烯烃。该专利的粉末在用于3D印刷时，需要使用溶剂。因此，CN1812878A的3D打印体系是液体组合物，其缺点在于需要使用在许多情况下对人类和环境有害的溶剂或分散剂，且操作复杂，不易均匀分散或溶解。

CN102093646B涉及一种用于3D打印快速成型的材料及其制备方法，快速成型材料包括改性粉末材料A和粘结剂B，其中：改性粉末材料A的制备：将粉末材料与第一溶剂加入到球磨机或研磨机中研磨，得到粉末材料预处理料；将表面活性剂，润滑剂，有机树脂逐次加入到第二溶剂中，搅拌分散2-3h，得到改性液；将粉末材料预处理料与改性液混合，放入研磨机中，常温混合研磨，干燥，研磨粉碎，得到改性粉末材料A；使用时，1份改性粉末材料A与0.01-0.07份粘结剂B配用。该专利所用的3D成型体系为溶液体系，其缺点在于需要对材料进行研磨和改性，操作复杂。

US2004/0232583A1涉及一种制造三维物体的方法，其包括：a)提供一个粉状基材层；b)在所述基材的一个或多个区域上选择性施加至少一种微波吸收性第一敏感物质；c)用微波辐射处理所述层至少一次。其中泛泛地提及可使用选自聚酯、聚氯乙烯、聚缩醛、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、PMMI、PMMA、离聚物、聚酰胺、共聚酯、共聚酰胺、三元共聚物、ABS或其混合物的聚合物。US2004/0232583A1没有提及对聚乙烯进行改性，以使其适于3D印刷。

现有技术均未提及对低密度聚乙烯进行改性以使得适于3D印刷。因此，本发明的目的是针对目前低密度聚乙烯LDPE存在耐热性不高，硬度低，容易屈服变形等缺点，提出一种改进低密度聚乙烯的热力学性能的方法。通过加入适量的纳米无机填料、偶联剂及增韧剂等以改善材料的熔融粘度、流动性、耐热性、耐磨损性等，从而使得其适用于3D打印技术。

发明内容

本发明一种3D打印改性低密度聚乙烯纳米复合材料，其特征在于包含按重量份计为如下量的组分：

低密度聚乙烯 80-95份，

纳米无机填料 10-15份，

增韧剂       5-10份。

其中所述低密度聚乙烯可商购获得，其分子量为5-50万，密度在0.916-0.930g/cm³之间。低密度聚乙烯的用量为80-95份，例如为82-95份、85-95份、85-90份。