一种3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料及其制备方法，其特征在于：原料各组分按照质量百分比组成如下：尼龙66～88.6wt％、微米级无机填料10～30wt％、偶联剂1～2wt％、受阻酚抗氧剂0.1～0.5wt％、亚磷酸酯抗氧剂0.2～1.0wt％、其它助剂0.1～0.5wt％；所述其它助剂为分散剂、成核剂、润滑剂中的一种或几种组合。本发明专利技术通过选择微米级无机填料、偶联剂、受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂并用，喷雾干燥制备的3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料抗翘曲性优异，粘结性优良；其球状颗粒分布窄，流动性好，无分层脱粉问题，且制备效率高、能耗小、简单易加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及尼龙粉末复合材料
，尤其涉及一种3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料及其制备方法。
技术介绍
3D打印技术是一种新兴的快速成型技术，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。选择性激光烧结成型技术是一种集成了CAD/CAM，数控技术，激光加工技术及材料科学等领域最新成果的高新3D打印技术。应用此技术，通过激光照射可实现粉末材料的相互粘结成层及层层叠加，从而实现制品的快速成型。与聚苯乙烯、ABS等非晶态聚合物的熔融沉积快速成型、光敏树脂的光固化成型等高分子材料的3D打印技术相比，尼龙粉末复合材料的选择性激光烧结成型制品具有更高的精度、强度、耐热性及韧性等特点，可直接用于成品装配、干涉检验及性能测试，因而可广泛应用于工业功能部件的制备。目前，SLS用尼龙粉末复合材料的制备方法主要有原位聚合法、溶解沉淀法、深冷碾磨法等。这些方法在下述专利中已有公开描述。专利CN 103980485 A、专利CN 104031262 A与专利CN 104356643 A公布了一种利用阴离子聚合原理，先制备酰胺盐，然后添加少量催化剂、分子量控制剂、分子链稳定剂、抗氧剂等添加助剂，进行阴离子聚合，后经出料搅拌或溶解降温沉析制备3D打印尼龙粉末复合材料的方法。专利CN 104163929 A、专利ZL 200710053668.2及专利ZL 200710053667.8公布了一种将尼龙材料、成核剂、酒精或无机纳米粒子悬浮液投入到密闭容器中，在氮气保护下，加热溶解，然后通过缓慢降温、减压蒸馏回收溶剂、过滤、离心分离、真空干燥及筛分制备一种粒径在35-50μm之间的3D打印用高分子尼龙粉末复合材料的方法。专利104164080A及专利104231607A公布了一种将尼龙与其它树脂分别在冷冻设备中冷却到-60℃～-80℃，粉碎制得粉末；粉末表面活化后，加入增容剂、填料、抗氧剂等助剂，高速混合均匀，振动筛分，制备选择性激光烧结用尼龙合金粉末复合材料的方法。专利CN 103205107 A公布了一种将尼龙树脂40－85份与少量颜料、填料、分散剂等添加助剂共混、熔融挤出造粒、低温粉碎、筛分，收集60～120目的粉末材料，然后与同样方法制备的粘结材料高速搅拌制备富有韧性的高粘结度3D打印成型材料的方法。专利CN 104250437 A及专利104250435A还公布了一种将0.1～500μm的尼龙微球100份与少量光稳剂、消泡剂、流平剂、抗氧剂等添加助剂混合搅拌制备改性尼龙微球材料的方法。上述专利公开的3D打印用尼龙粉末复合材料及其制备方法，存在下述共同不足，影响了其推广与应用。①粉末形状不规则，粒径分布不均匀，导致无法进行选择性激光烧结成型或成型制品翘曲变形严重，满足不了工业应用对制品精度及强度的要求。②工艺复杂、成本高，粉末析出过程中需缓慢冷却，制备效率低，能耗大。③搅拌混合分布不均，复合材粉末料易分层与脱粉，影响3D打印制品的精度与强度。④打印过程中，由于尼龙结晶发生体积收缩而导致打印制品翘曲变形，甚至无法进行打印。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本专利技术目的在于提供一种球状、粒径分布均匀、流动性好、低翘曲、兼具优异激光烧结成型性及机械性能，且制备过程节能降耗、简单易加工的3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料及其制备方法。本专利技术采取了如下技术方案：一种3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料，其特征在于：原料各组分按照质量百分比组成如下：尼龙66～88.6wt％、微米级无机填料10～30wt％、偶联剂1～2wt％、受阻酚抗氧剂0.1～0.5wt％、亚磷酸酯抗氧剂0.2～1.0wt％、其它助剂0.1～0.5wt％；所述其它助剂为分散剂、成核剂、润滑剂中的一种或几种组合。所述的成核剂为有机成核剂和无机成核剂组成的固体混合物，选自市售的BRUGGOLEN P22。所述的分散剂为烷基苯磺酸盐或烷基硫酸盐中的一种。所述的润滑剂为脂肪族化合物、酰胺类、石蜡或烃类中的一种。进一步的，所述尼龙为PA1010、PA1212、PA12、PA11等长碳链尼龙中的一种或几种，熔点为140-190℃。进一步的，所述微米级无机填料为球形、椭圆形的白炭黑、碳酸钙中的一种或几种，目数为1250目、2500目或5000目。更进一步的，所述微米级无机填料为2500目球形白炭黑。进一步的，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、单烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂中的一种或几种。更进一步的，所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。进一步的，所述受阻酚抗氧剂为3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯(抗氧剂1076)、N，N'-双-(3-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗氧剂1098)、三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯(抗氧剂XH-245)中的一种。更进一步的，所述受阻酚抗氧剂为抗氧剂XH-245。进一步的，所述亚磷酸酯抗氧剂为三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯(抗氧剂168)，亚磷酸酯抗氧剂的用量为受阻酚抗氧剂的用量的两倍。一种3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料的制备方法，包括如下步骤：第一步，将尼龙原料、微米级无机填料、偶联剂、受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、其它助剂及三氟乙醇投入到密闭容器中，三氟乙醇溶剂用量为尼龙树脂质量∶三氟乙醇溶剂的质量体积比为1∶1～1:5g/mL，不断搅拌，形成尼龙溶解液；第二步，通过蠕动泵将尼龙溶解液输送到喷雾干燥机中，在氮气保护下进行雾化、干燥、粉末收集与甲酸回收再利用；进风口温度为110～130℃，出风口温度为80～90℃，氧气浓度≤1.5％。第三步，在真空干燥机中常温干燥2-8小时，制备出95％粒径正态分布在30-80μm之间的3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料。本专利技术有益效果在于：(1)本专利技术通过选择受微米级无机填料、偶联剂、受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂并用，喷雾干燥制备的3D打印尼龙粉末复合材料，尺寸稳定性、抗翘曲性、拉伸屈服应力、IZOD缺口冲击强度均得到了大幅度提高，粘结性优良，粉末形状比较规则，粒径分布均匀，可进行选择性激光烧结成型或有效避免成型制品翘曲变形，满足了工业应用对制品精度及强度的要求。(2)本专利技术的制备工艺简单、成本低，粉末析出过程中不需要缓慢冷却，制备效率高，能耗低。(3)搅拌混合分布均匀，球状颗粒分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料，其特征在于：原料各组分按照质量百分比组成如下：尼龙66～88.6wt％、微米级无机填料10～30wt％、偶联剂1～2wt％、受阻酚抗氧剂0.1～0.5wt％、亚磷酸酯抗氧剂0.2～1.0wt％、其它助剂0.1～0.5wt％；所述其它助剂为分散剂、成核剂、润滑剂中的一种或几种组合。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料，其特征在于：原料各组分按照质
量百分比组成如下：
尼龙66～88.6wt％、微米级无机填料10～30wt％、偶联剂1～2wt％、受阻酚抗
氧剂0.1～0.5wt％、亚磷酸酯抗氧剂0.2～1.0wt％、其它助剂0.1～0.5wt％；
所述其它助剂为分散剂、成核剂、润滑剂中的一种或几种组合。
2.根据权利要求1所述的3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料，其特征在于：
所述尼龙为PA1010、PA1212、PA12、PA11等长碳链尼龙中的一种或几种，尼
龙的熔点为140-190℃。
3.根据权利要求1所述的3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料，其特征在于：
所述微米级无机填料为球形、椭圆形的白炭黑或碳酸钙中的一种或几种，微米
级无机填料的细度1250目、2500目或5000目。
4.根据权利要求3所述的3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料，其特征在于：
所述微米级无机填料为2500目球形白炭黑。
5.根据权利要求1所述的3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料，其特征在于：
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或单
烷氧基脂肪酸钛酸酯偶联剂中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料，其特征在于：
所述偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
7.根据权利要求1所述的3D打印用低翘曲尼龙粉末复合材料，其特征在于：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，许慧忠，杜一轩，刘永辉，李生，李超芹，刘莉，李荣勋，申欣，
申请(专利权)人：青岛科技大学，海尔集团技术研发中心，青岛新材料科技工业园发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37