一種用于3d打印的改性超高分子量聚乙烯及其制備方法
【專利摘要】一種3D打印改性超高分子量聚乙烯材料，其重量份組成如下：超高分子量聚乙烯80-95份，低密度聚乙烯30-40份，碳納米管10-15份，無機填料1-10份，改性劑1-5份，抗氧劑0.1-0.5份，偶聯(lián)劑0.1-0.5份；本發(fā)明的改性UHMWPE材料具有很好的熔體流動性、耐熱性、耐磨損性，使超高分子量聚乙烯更加符合3D打印材料的特點，并使其在3D打印技術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種用于3D打印的改性超高分子量聚乙烯及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改性超高分子量聚乙烯材料及其制備方法，具體涉及一種用于3D打印的改性超高分子量聚乙烯材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工藝。其中熔融沉積成型技術(shù)(FDM)和選擇性激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)都使用熱塑性塑料作為基本的3D打印材料。 [0003]作為一種具有線型結(jié)構(gòu)的分子量極高的熱塑性工程塑料，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的分子結(jié)構(gòu)與普通聚乙烯材料基本相同。但是UHMWPE因分子量高而具有其它塑料無可比擬的優(yōu)異的耐沖擊、耐磨損、自潤滑性、耐化學(xué)腐蝕等性能。而且UHMWPE耐低溫性能優(yōu)異，在-40 V時仍具有較高的沖擊強度，甚至可在-269 V下使用。UHMWPE優(yōu)異的物理機械性使得其可廣泛應(yīng)用于機械、運輸、紡織、造紙、礦業(yè)、建筑、軍事、農(nóng)業(yè)、化工及體育運動器械等領(lǐng)域，其中以大型包裝容器和管道的應(yīng)用最為廣泛。另外，由于UHMWPE優(yōu)異的生理惰性，其已作為心臟瓣膜、矯形外科零件、人工關(guān)節(jié)等在臨床醫(yī)學(xué)中使用。
[0004]雖然UHMWPE具有許多優(yōu)異的特性，但也有許多不足。UHMWPE具有極高的分子量，其分子鏈很長，極長的分子鏈相互纏結(jié)會導(dǎo)致其熔體為橡膠狀的高粘度彈性體，流動性很差，并且容易發(fā)生剪切斷裂現(xiàn)象。熔體流動速率(MFR)低(幾乎為零)、熔點高(190-210°C )、粘度大、極難加工成型等。另外與其他工程塑料相比，具有表面硬度低、熱變形溫度低、彎曲強度和耐蠕變性較差、抗磨損能力差、強度低等缺點，從而使UHMWPE的成型加工變得非常困難，嚴重妨礙了其應(yīng)用，使得其作為3D打印材料不甚理想。
[0005]CN1433443A涉及一種形成在聚合物基質(zhì)中嵌入納米纖維的復(fù)合體的方法，該方法包括在塑性基質(zhì)中混入納米纖維以形成團聚體，和通過使團聚體處于流體動力應(yīng)力下而均勻地分布納米纖維；所述流體動力應(yīng)力使所述團聚體分裂開，結(jié)合進行額外的延伸流動可用來實現(xiàn)小直徑和排列。所得復(fù)合體可以用熔凝沉積(FDM)成型，其中將一卷納米纖維增強的聚合物用作FDM工藝的導(dǎo)線原料。在該過程中，納米纖維復(fù)合線(直徑約為2毫米)經(jīng)過毫米尺寸的模頭擠出，產(chǎn)生成排的復(fù)合線制成片材和3D部件。該專利中所用的原料為納米纖維增強的聚合物線材。其缺點在于:納米纖維復(fù)合線的FDM非常復(fù)雜，不易處理。
[0006]CN1812878A涉及一種適于3D印刷的粉末，該粉末包括熱塑性顆粒物和粘合劑顆粒物的共混物，其中所述熱塑性顆粒物可選自聚烯烴。該專利的粉末在用于3D印刷時，需要使用溶劑。因此，CN1812878A的3D印刷體系是液體組合物，其缺點在于需要使用在許多情況下對人類和環(huán)境有害的溶劑或分散劑，且操作復(fù)雜，不易均勻分散或溶解。
[0007]CN102093646A涉及一種用于3D打印快速成型的材料及其制備方法，快速成型材料包括改性粉末材料A和粘結(jié)劑B，其中:改性粉末材料A的制備:將粉末材料與第一溶劑加入到球磨機或研磨機中研磨，得到粉末材料預(yù)處理料；將表面活性劑，潤滑劑，有機樹脂逐次加入到第二溶劑中，攪拌分散2-3h，得到改性液；將粉末材料預(yù)處理料與改性液混合，放入研磨機中，常溫混合研磨，干燥，研磨粉碎，得到改性粉末材料A ;使用時，1份改性粉末材料A與0.01-0.07份粘結(jié)劑B配用。該專利所用的3D成型體系為溶液體系，其缺點在于制備材料過程中需要對材料進行研磨和改性，而且用到超臨界干燥，操作復(fù)雜。
[0008]US2004/0232583A1涉及一種制造三維物體的方法，其包括:a)提供一個粉狀基材層山)在所述基材的一個或多個區(qū)域上選擇性施加至少一種微波吸收性第一敏感物質(zhì)；c)用微波輻射處理所述層至少一次。其中泛泛地提及可使用選自聚酯、聚氯乙烯、聚縮醛、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、PMMI, PMMA、離聚物、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沒有提及對聚乙烯進行改性，以使其適于3D印刷。
[0009]US3，847，888涉及一種超高分子量線性聚乙烯，其分子量為至少1X106，密度為0.92-0.99。其未提及所述超高分子量線性聚乙烯在3D打印材料中的應(yīng)用。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)均未提及對超高分子量聚乙烯進行改性以使得適于3D印刷。因此，本發(fā)明的目的是針對目前其熔體流動速率低、粘度大、流動性差而極難用注塑方法加工成型等特點，提出一種改進UHMWPE材料的熔體流動性的方法。通過加入適量的低密度聚乙烯、流動改性劑、偶聯(lián)劑及無機填料等以改善材料的熔體流動性，同時改善其耐熱性、耐磨損性等機械性能。所得的材料的MFR值由幾乎為零提高到大于2g/10min(實驗方法按照GB/T3682-2000(IS01133)進行)，使其適于用作3D打印材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明涉及一種用于3D打印的改性超高分子量聚乙烯材料，其包含按重量份計的如下組分，優(yōu)選由如下組分構(gòu)成:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種改性超高分子量聚乙烯材料，其包含按重量份計的如下組分:
2.根據(jù)權(quán)利要求1的改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于所述碳納米管為單壁碳納米管或多壁碳納米管。 優(yōu)選地，其特征在于所述碳納米管用硝酸進行活化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項的改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于所述無機填料選自二硫化鑰，玻璃微珠，滑石粉或超細硅微粉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于所述改性劑選自聚酯或聚(甲基)丙烯酸酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于所述改性超高分子量聚乙烯材料還含有抗氧劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的改性超高分子量聚乙烯材料，其特征在于所述改性超高分子量聚乙烯材料還含有偶聯(lián)劑。
7.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的改性超高分子量聚乙烯材料的方法，其特征在于所述方法包括將各組分擠出造粒。
8.一種制備改性超高分子量聚乙烯材料的方法，其包含按重量份計的如下組分:
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的改性超高分子量聚乙烯材料在3D打印中的用途。
10.一種3D打印方法，其特征在于使用根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的改性超高分子量聚乙烯材料。
【文檔編號】C08K3/04GK103980595SQ201410183492
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】杜世振, 張文娟, 楊文泓, 邢其鋒, 孫文華, 馬永梅, 趙寧, 董金勇, 李春成, 符文鑫, 林學(xué)春 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所