一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高分子复合材料技术领域，具体涉及一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，主要包括尼龙12粒子、十二碳二元酸、双端氨基聚乙二醇氘代三氟乙酸、抗氧剂、溶剂、成核剂、增塑剂、硅烷偶联剂；将十二碳二元酸与尼龙12粒子混合均匀装入反应釜中，将双端氨基聚乙二醇、氘代三氟乙酸加入反应釜内，加热，开启搅拌制得产物，将上述产物以及抗氧剂、溶剂、成核剂、增塑剂和硅烷偶联剂，封闭釜盖，对反应釜进行抽真空处理，并通入氮气置换进行保护，开启搅拌将釜体温度降至室温，取出物料，干燥后球磨，再将粉体烘干，可得到球形度、流动性良好的粉末，其具有预热温度低、预热窗口宽、抗老化性能好，适合各种规格台面的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高分子复合材料
，具体涉及一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料及其制备方法。
技术介绍
增材制造（俗称3D打印，又称为快速成型&制造）技术是涉及计算机、控制、机械、材料等多科学的新型先进制造技术。它打破了传统的材料变形成型和去除成型的工艺方式，采用逐层制造并叠加的增材成型方法，理论上可制造出任何复杂的三维实体零件。选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）技术是一种目前主流的增材制造技术。高分子粉末材料是应用最早、也是最多的SLS材料，在激光烧结过程中发生熔融或软化，冷却过程中发生结晶以及致密化而导致体积收缩，影响着成形件的精度。目前国内外开发的非结晶性高分子材料包括聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等，其SLS成型件的致密度低，力学性能也不高，需要经过后处理才可用作力学性能要求不高的功能零件。半结晶性高分子材料在SLS过程中不仅存在类似非结晶性材料的致密化体积收缩，而且由熔融再结晶引起的体积变化也会引起较大的体积收缩。因此，体积收缩引起的翘曲变形很大，工艺过程不易控制，研究开发难度大。但其SLS成形件的致密度高，强度和韧性很好，可以直接用作功能零件。因此，采用此类材料进行SLS制造将具有巨大的发展潜力。目前，用于SLS的结晶性高分子材料主要有尼龙（PA）、聚乙烯蜡等。尼龙12(Polyamide12，PA12) 是一种半结晶热塑性材料，熔点为170~180℃，成型加工容易，成型温度范围较宽。尼龙12柔韧性、化学稳定性、耐油性、耐磨性均较好，广泛应用于水量表和其他商业设备，如光纤、电缆套、机械凸轮、汽车、滑动机构以及轴承等。尼龙12粉末经激光烧结能制得高致密度、高强度的成型件，可以直接用作功能件。但是尼龙12在SLS成形过程中预热温度高，极易发生老化降解；另外预热温度窗口窄(1~2℃)，成型件极易翘曲变形。这就造成尼龙12SLS成型工艺复杂，难以推广，更不能在国产大台面SLS设备上得到应用。SLS成型的尼龙塑料功能件具有强度高、速度快、无需后处理等优点，因此尼龙粉末材料已成为SLS材料研发的主要方向。但现有商品化尼龙粉末的SLS预热温度高、预热温度窗口窄，在国内仍未实现商品化，存在的问题具体表现为：(1) 预热温度过高（160-180℃），导致SLS设备的整体温度也相应上升。而激光及其振镜扫描系统等一般都要求在较低温度（室温）下工作，高温预热对SLS设备的稳定性十分不利，极易引起振镜激光扫描系统出现温漂等问题。(2)预热温度窗口窄（1~2℃），要求SLS设备的粉末床温度均匀，并且能够精确控温。这不仅大幅提高了SLS设备的造价，在技术实现上也十分困难。3D Systems、EOS推出的直接激光烧结尼龙的设备均为小工作台面，仍不能实现尼龙在大工作台面设备上的激光烧结，而华中科技大学快速制造中心近年来销售的SLS设备均为大工作台面的SLS设备。(3)高温下尼龙粉末易老化，导致SLS制件的力学性能大幅下降，激光烧结性能恶化。为避免老化，国外在激光烧结尼龙时都对气氛有严格的要求，均在N2气保护下进行，并且严格控制气氛中的氧含量。即便如此，仍要求至少加入30%的新粉末。尼龙粉末的价格极高，大量的粉末不能再利用是一种严重的浪费，国内企业很难接受这种高昂的运行费用，使SLS技术在直接制备塑料功能件方面失去竞争优势。现国内开发的SLS设备都是在空气气氛下运行，因此更无法满足激光烧结尼龙粉末的要求。(4)尼龙粉末成形前的预热时间长，成形后的冷却程序也十分严格，从而使成形周期长，降低了SLS设备的利用率。(5)由于预热温度接近尼龙的熔点，尼龙的结晶焓十分巨大，成形时热量的累积效应十分明显，烧结体周围粉末极易因此而熔化或结块，必须通气体将多余的热量带走，并且激光功率、预热温度都要随烧结截面形状结构的变化而变化，操作十分复杂，不能实现自动化，难以推广到生产中。目前已经公开的关于选择性激光烧结尼龙粉末的专利技术有：1、一种制备选择性激光烧结用尼龙粉末的方法 -申请号： 201010597529.82.用于激光烧结快速成型制品的尼龙粉末材料 – 申请号：02110361.53.一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末材料 -申请号：201010239448.04.基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合粉末材料 -申请号：201010251726.45.一种尼龙覆膜金属粉末材料的制备方法 -申请号：200710051795.96.一种尼龙覆膜陶瓷粉末材料的制备方法 -申请号：200710051863.1都无法达到以上的要求。基于上述原因，要实现现有尼龙粉末在国产设备上的商品化仍然十分困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，其具有预热温度低、预热窗口宽、抗老化性能好，适合各种规格台面的特点。本专利技术的另一专利技术目的是提供一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料的制备方法，其具有产量高、韧性好、粒径均匀，球形度好的特点。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，由以下重量份的原料组成：尼龙12粒子          100份,十二碳二元酸         0.5-2份,双端氨基聚乙二醇       10-20份,氘代三氟乙酸      5-15份,抗氧剂           0.1-0.5份,溶剂            101-135份,成核剂          0.1-0.5份,增塑剂           5-15份,硅烷偶联剂      0.5-1份。    本专利技术利用十二碳二元酸、双端氨基聚乙二醇、氘代三氟乙酸能够合成尼龙软段聚合物，与尼龙合成得到一种尼龙弹性体，拉伸强度及低温抗冲强度高，柔韧性性好，弹性回复率高；玻璃化温度低，在-40～0℃的低温环境下，仍能保持冲击强度和柔韧性不发生变化；曲挠性变化小，熔点高，维卡软化温度高。进一步的，一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，由以下重量份的原料组成：尼龙12粒子          100份十二碳二元酸       1-1.5份双端氨基聚乙二醇       13-18份氘代三氟乙酸     8-12份抗氧剂         0.2-0.4份溶剂            105-120份。成核剂          0.2-0.4份增塑剂         8-13份硅烷偶联剂      0.7-1份。其中，所述抗氧剂由酚类或亚磷酸脂类或硫酯类组成。本专利技术添加了特定的抗氧剂，能够有效减缓材料的老化进度，本专利技术的材料经过多次的激光烧结，仍然具有良好的冲击强度和拉伸强度。酚类抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076，亚磷酸脂类抗氧剂为抗氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：尼龙12粒子          100份十二碳二元酸         0.5‑2份双端氨基聚乙二醇       10‑20份氘代三氟乙酸      5‑15份抗氧剂           0.1‑0.5份溶剂            101‑135份成核剂          0.1‑0.5份增塑剂           5‑15份硅烷偶联剂      0.5‑1份。

【技术特征摘要】
1.一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：
尼龙12粒子          100份
十二碳二元酸         0.5-2份
双端氨基聚乙二醇       10-20份
氘代三氟乙酸      5-15份
抗氧剂           0.1-0.5份
溶剂            101-135份
成核剂          0.1-0.5份
增塑剂           5-15份
硅烷偶联剂      0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，其特征在于：由以下重量份的原料组成：
尼龙12粒子          100份
十二碳二元酸       1-1.5份
双端氨基聚乙二醇       13-18份
氘代三氟乙酸     8-12份
抗氧剂         0.2-0.4份
溶剂            105-120份
成核剂          0.2-0.4份
增塑剂         8-13份
硅烷偶联剂      0.7-1份。
3.根据权利要求1所述的一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，其特征在于：所述抗氧剂由酚类与亚磷酸脂类或酚类与硫酯类组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，其特征在于：所述溶剂由乙醇、丁酮、二甘醇、水组成。
5.根据权利要求4所述的一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，其特征在于：所述溶剂中乙醇90~100份，丁酮5~15份，二甘醇1~5份，水5~15份。
6.根据权利要求1所述的一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，其特征在于：所述增塑剂为已二醇、甘油、对羟基苯甲酸酯、磺酰胺中的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料，其特征在于：所述成核剂为二氧化硅、胶体石墨、氟化锂、氮化硼、硼酸铝中的任意一种。
8.权利要求1—7任意一项所述的一种用于选择性激光烧结的低温尼龙粉末材料的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
步骤一、将十二碳二元酸与尼龙12粒子混合均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：史玉升，闫春泽，史云松，傅轶，汪艳，魏青松，刘洁，李晨辉，郑立，王雁国，
申请(专利权)人：广东银禧科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44