[发明专利]一种聚乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种聚乙烯复合材料，其原料包括：聚乙烯、聚己内酯、相容剂、偶联剂、无机纳米填料和抗氧剂；并提供该聚乙烯复合材料的制备方法，包括：步骤1)将聚乙烯、聚己内酯、相容剂、偶联剂、无机纳米填料和抗氧剂按照比例混合，得到混合料；2)将所述混合料进行熔融挤出、冷却、造粒，得到所述聚乙烯复合材料。该聚乙烯复合材料具有低熔点、低收缩率、高模量和高强度的特点，特别适合作为3D打印的材料使用。

技术领域

本发明涉及石油化工领域，具体涉及一种聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

3D打印是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品的技术。3D打印凭借其独特的制造技术，可以生产前所未有的各类物品，并为企业减少成本、缩短工时以及去除复杂工艺，3D打印技术真正的优势在于其打印材料，可以很好地模仿塑料与金属材料的机械或者热能属性，然而这也是当前制约3D打印发展的一大技术原因。

目前，用于熔融沉积成型打印工艺(FDM)的打印材料主要为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚乳酸(PLA)等材料，但都存在不足之处，ABS为常见的工程塑料，采购容易，但加工易分解出有毒气体；PLA成本高、在55℃以上容易变形、力学性能差。通用塑料聚烯烃等材料目前未在3D打印领域有大规模应用，这是由于自身特性如熔点高、结晶速率快、收缩率大决定的。虽然市场上已经可以购买到FDM的聚乙烯耗材，但经过实际测评后，打印效果不是很理想，依然存在严重的翘曲现象。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种聚乙烯复合材料及其制备方法，通过聚乙烯复合低熔点的聚己内酯，并配合相容剂、纳米无机填料和抗氧剂，能够制得具有较高安全性和综合性能的聚乙烯复合材料，尤其具有低熔点、低收缩率、高强度和高模量等特点，特别适合作为3D打印的材料使用。

本发明一方面提供一种聚乙烯复合材料，其原料包括：聚乙烯、聚己内酯、相容剂、偶联剂、纳米无机填料和抗氧剂。

聚己内酯(PCL)材料是一种可降解聚酯，熔点为60℃左右，玻璃化温度为-60℃，分解温度为200℃，在室温下是橡胶态，热稳定性较好。同时，它的分子链比较规整，具有很好的柔性和加工性。其突出的特点是具有良好的生物相容性、生物降解性以及渗透性，这使其在生物材料领域的应用极为广泛，可用作控释药物载体、细胞、组织培养基架、心脏支架等。此外，PCL还具有无毒、熔融温度较低、热稳定性好、可生物降解及在熔融过程中无毒性刺鼻气味放出等优点。

本申请的发明人经研究发现，将低熔点的聚己内酯加入到聚乙烯中，能够显著降低复合材料的熔点，从而降低打印温度，达到节能的目的。另一方面，加入聚己内酯还能够降低聚乙烯的收缩率，使其更加适应3D打印的需求。此外，聚乙烯和聚己内酯都是生物安全性好的聚合物，适用于医药或环保领域，并且聚己内酯可降解，有利于聚乙烯的回收利用。进一步的，本申请的发明人还在本发明所述的聚乙烯复合材料中使用了所述的相容剂、偶联剂、纳米无机填料和抗氧剂，以改善聚乙烯和聚己内酯的相容性及复合材料的综合性能。

在本发明的一个优选的实施方式中，以所述聚乙烯与聚己内酯的总量为100质量份数计，所述相容剂的含量为1.1-10.5质量份数，优选为2.2-8.4质量份数；所述偶联剂的含量为1-7质量份数，优选为2-6质量份数；所述纳米无机填料的含量为0.05-0.5质量份数，优选为0.1-0.3质量份数；所述抗氧剂的含量为0.3-0.7质量份数，优选为0.3-0.5质量份数。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述聚乙烯与聚己内酯的质量比为9:1-1:1，优选为5:1-1:1。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述相容剂选自聚乙烯接枝马来酸酐、环氧基苯乙烯丙烯酸酯共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物中的至少一种，优选为聚乙烯接枝马来酸酐和环氧基苯乙烯丙烯酸酯共聚物的组合物。