本发明涉及快速成型原料改性领域，具体为一种用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料及其制备方法。
背景技术：
熔融层积成型以丝状或纤维状材料为原料，以加热丝为热源，通过加热熔融的方式以层状堆积的形式完成材料构建。此种快速成型技术工艺简单，过程中不产生毒气或化学污染，非常适用于产品开发初期的建模和逆向研发工作，可直接应用于办公环境。熔融层积快速成型技术最常用的原料为合成橡胶、油蜡或纯树脂材料，因此成型后的制品在力学强度、耐热性和成型速度方便均有所不足，此外材料的耐磨性极差，不利于部件的初期测试和研发。
技术实现要素：
本发明创新性地以超短玻纤改性聚烯烃复合材料，制备了用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料，包含以下组分及重量份含量：树脂基体100份，超短玻纤5～45份，相容剂2～10份，偶联剂0.5～2.5份，热稳定剂0.1～0.5份，抗氧剂0.05～0.25份，润滑剂0.05～0.25份。
优选地，所述的树脂基体为聚乙烯或共聚聚丙烯。
优选地，所述的超短玻纤长度为10～150μm。
优选地，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。
优选地，所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。
优选地，所述的热稳定剂为环氧硬脂酸酯或环氧四氢邻苯二甲酸酯。
优选地，所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或硫代二丙酸双十八醇酯。
优选地，所述的润滑剂为次乙基双硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸酯。
一种用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料的制备方法，包含以下步骤：
(1)将树脂基体100份、超短玻纤5～45份、相容剂2～10份、偶联剂0.5～2.5份、热稳定剂0.1～0.5份、抗氧剂0.05～0.25份以及润滑剂0.05～0.25份混合均匀，置于高速混合机分散10～30分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。
本发明具有以下有益效果：
1、超短玻纤经偶联剂处理后，可以改善与树脂基体的结合效果，有效降低了材料缺陷出现的概率，完善了内部结构，可以有效提高整体的力学强度；
2、较聚烯烃树脂而言，超短玻纤具有明显的耐热优势，引入后可以显著提高复合材料的耐热性能；
3、超短玻纤均匀分散于树脂基体后，可以有效降低基体材料的磨损，提高耐磨性；
4、在熔融层积成型过程中，超短玻纤的纤维状结构可以有效的起到支撑作用，显著加快复合材料的成型速度，缩短成型周期。
因此本发明制备的用于熔融层积快速成型的耐磨聚烯烃复合材料具有高强度、高耐热和高耐磨等特点，同时进一步提高产品的成型速度。此外本发明所涉及的生产设备及复合材料生产工艺简单，可直接应用和推广于熔融层积快速成型领域，并制备具有一定耐磨性要求的部件。
具体实施方法
下面结合具体实例对本发明内容进行进一步的说明，但所述实施例并非是对本发明实质精神的简单限定，任何基于本发明实质精神所作出的简单变化或等同替换均应属于本发明所要求保护的范围之内。
制备的样品在23℃、50％湿度环境下调节后，分别采用astmd638、astmd648和astmd1242检测拉伸强度、热变形温度和耐磨性，并记录成型速度。
本发明的具体实施例如下：
实例1
(1)按以下比例配备原料：聚乙烯树脂基体100份，长度为10μm的超短玻纤5份，相容剂马来酸酐接枝聚乙烯2份，偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5份，热稳定剂环氧硬脂酸酯0.1份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.02份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03份，润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份，置于高速混合机分散10分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
实例2
(1)按以下比例配备原料：聚乙烯树脂基体100份，长度为10μm的超短玻纤15份，相容剂马来酸酐接枝聚乙烯4份，偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1份，热稳定剂环氧硬脂酸酯0.2份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.04份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.06份，润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.1份，置于高速混合机分散15分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
实例3
(1)按以下比例配备原料：聚乙烯树脂基体100份，长度为10μm的超短玻纤25份，相容剂马来酸酐接枝聚乙烯6份，偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷1.5份，热稳定剂环氧硬脂酸酯0.3份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.06份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.09份，润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.15份，置于高速混合机分散20分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
实例4
(1)按以下比例配备原料：聚乙烯树脂基体100份，长度为10μm的超短玻纤35份，相容剂马来酸酐接枝聚乙烯8份，偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷2份，热稳定剂环氧硬脂酸酯0.4份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.08份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.12份，润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.2份，置于高速混合机分散25分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
实例5
(1)按以下比例配备原料：聚乙烯树脂基体100份，长度为10μm的超短玻纤45份，相容剂马来酸酐接枝聚乙烯10份，偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷2.5份，热稳定剂环氧硬脂酸酯0.5份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.1份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.15份，润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.25份，置于高速混合机分散30分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
实例6
(1)按以下比例配备原料：共聚聚丙烯树脂基体100份，长度为150μm的超短玻纤5份，相容剂马来酸酐接枝聚丙烯2份，偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷0.5份，热稳定剂环氧四氢邻苯二甲酸酯0.1份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.02份，抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.03份，润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.05份，置于高速混合机分散10分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
实例7
(1)按以下比例配备原料：共聚聚丙烯树脂基体100份，长度为150μm的超短玻纤15份，相容剂马来酸酐接枝聚丙烯4份，偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷1份，热稳定剂环氧四氢邻苯二甲酸酯0.2份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.04份，抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.06份，润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.1份，置于高速混合机分散15分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
实例8
(1)按以下比例配备原料：共聚聚丙烯树脂基体100份，长度为150μm的超短玻纤25份，相容剂马来酸酐接枝聚丙烯6份，偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷1.5份，热稳定剂环氧四氢邻苯二甲酸酯0.3份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.06份，抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.09份，润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.15份，置于高速混合机分散20分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
实例9
(1)按以下比例配备原料：共聚聚丙烯树脂基体100份，长度为150μm的超短玻纤35份，相容剂马来酸酐接枝聚丙烯8份，偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2份，热稳定剂环氧四氢邻苯二甲酸酯0.4份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.08份，抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.12份，润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.2份，置于高速混合机分散25分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
实例10
(1)按以下比例配备原料：共聚聚丙烯树脂基体100份，长度为150μm的超短玻纤45份，相容剂马来酸酐接枝聚丙烯10份，偶联剂γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷2.5份，热稳定剂环氧四氢邻苯二甲酸酯0.5份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.1份，抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.15份，润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.25份，置于高速混合机分散30分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。复合材料性能见表一。
对照实例1
(1)按以下比例配备原料：聚乙烯树脂基体100份，热稳定剂环氧硬脂酸酯0.1份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.02份，抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.03份，润滑剂次乙基双硬脂酰胺0.05份，置于高速混合机分散10分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。聚乙烯材料性能见表一。
对照实例2
(1)按以下比例配备原料：共聚聚丙烯树脂基体100份，热稳定剂环氧四氢邻苯二甲酸酯0.1份，抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.02份，抗氧剂硫代二丙酸双十八醇酯0.03份，润滑剂季戊四醇硬脂酸酯0.05份，置于高速混合机分散10分钟；
(2)将分散后的原料通过挤出机中，经熔融、塑化、挤出、牵引后，制得用于快速成型的耐磨聚烯烃复合材料。
将复合材料经熔融层积成型方式构建为测试样条。聚丙烯材料性能见表一。
表一：
本发明制备的用于熔融层积快速成型的耐磨聚烯烃复合材料具有高强度、高耐热和高耐磨等特点，同时进一步提高产品的成型速度。通过表一中数据可知，本发明制备的超短玻纤改性聚乙烯复合材料拉伸强度最大为27，较改性前(对照实例1)提高50.0％；热变形温度最高为52℃，较改性前提高40.5％；泰伯磨耗最小为58mg/1000次，较改性前降低30.1％；成型速度最快为35cm3/h，较改性前提高52.2％。本发明制备的超短玻纤改性共聚聚丙烯复合材料拉伸强度最大为32，较改性前(对照实例2)提高52.4％；热变形温度最高为97℃，较改性前提高29.3％；泰伯磨耗最小为44mg/1000次，较改性前降低38.9％；成型速度最快为41cm3/h，较改性前提高57.7％。此外本发明所涉及的生产设备及复合材料生产工艺简单，可直接应用和推广于熔融层积快速成型领域，并制备具有一定耐磨性要求的部件。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。