一种用于3D打印的PVDF/尼龙复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种用于3D打印的PVDF/尼龙复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料包括以下质量分数的各组分：尼龙粉末：87％～88％；PVDF粉末：10％～11％；流动助剂：1.0％～1.5％；抗氧化剂：0.5％～1.5％。本发明专利技术提供的复合材料具有较高的硬度、抗剪强度和弯曲强度，防腐和抗酸碱性好，可很好地应用于3D打印中；同时，本发明专利技术提供的复合材料的制备方法可采用物理掺杂的方式，避免了化学掺杂对材料产生的破坏，对环境友好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及快速成型材料
，尤其涉及一种用于3D打印的PVDF/尼龙复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
3D打印是一种“增材制造技术”，它具有制造成本低、生产周期短等明显优势，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。与传统的去除材料加工技术不同，3D打印将多维制造变为简单的由下至上的二维叠加，从而大大降低了设计与制造的复杂度。但也是由于3D打印的成型原理，往往会导致成型物件的横向受力大为降低，加之3D打印高分子粉末材料需要通过激光烧结成型，烧结过程中难免会出现不均匀和空隙的现象，这样也会导致成型物件强度的降低。尼龙作为3D打印材料，具有制品烧结成型性能优良，制品强度较高、质轻等特点，采用复合PA粉末SLS技术(选取激光烧结技术)生产的制品能够通过严格的性能测试，其制作的原型可以直接作为功能结构件使用，因而可以取代塑料，也可以直接用于实际模型进行性能检验，验证制品设计结构的合理性，制造工艺的可行性和外观的美观性，便于及时修改产品设计，以适应市场的需求，或者用于直接铸造用模具(模板、模样、型芯等)，从而大大缩短新产品的开发周期，降低研制成本，使企业具有更强的市场竞争力。但是，由于尼龙材料的机械性能还不够完善，如在干燥的环境中质地会变脆，容易发生断裂，韧性不高容易挤压后造成不可恢复的后果，所以尼龙材料的使用还有一些局限性。若尼龙材料成型后的机械性能能够进一步加增强，则应用领域会更为广阔，可在机械、化工、仪表、汽车等工业中制造轴承、齿轮、泵叶及其他零件替代相关的金属部件，同时在医疗和航天方面也有突出的贡献。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种具有较高的硬度、抗拉强度，抗酸碱性，弯曲强度高的PVDF/尼龙复合材料，并将其用于3D打印中；本专利技术还提供了一种采用物理掺杂方式，避免化学掺杂对材料产生破坏的所述复合材料的制备方法及应用。为达此目的，本专利技术采用了以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种用于3D打印的PVDF/尼龙复合材料，所述复合材料包括以下质量分数的各组分：尼龙粉末：87％～88％；PVDF粉末：10％～11％；流动助剂：1.0％～1.5％；抗氧化剂：0.5％～1.5％。本专利技术所述复合材料的初熔点为140～175℃，熔程为2～6℃，弯曲强度为30MPa～80MPa，硬度为45hv～80hv；因此，本专利技术提供的复合材料具有较高的硬度、抗剪强度和弯曲强度，防腐和抗酸碱性好，可很好地应用于3D打印中。本专利技术中对尼龙粉末和PVDF粉末的含量都进行了优化。专利技术人发现，对于尼龙粉末的含量，当其在复合材料中的质量分数小于87％或大于88％时，其得到的复合材料硬度均较低，不适用于3D打印；当PVDF粉末在复合材料中的质量分数小于10％或大于11％时，其得到的复合材料在硬度、抗剪强度和弯曲强度等方面均较差，同样无法满足3D打印的需求。只有将复合材料中的尼龙粉末含量控制在87％～88％，PVDF粉末的含量控制在10％～11％时，其才能得到具有较高的硬度、抗剪强度和弯曲强度，防腐和抗酸碱性好，可很好地应用于3D打印中的复合材料。根据本专利技术，所述复合材料中，尼龙粉末所占的质量分数为87％～88％，例如87％、87.1％、87.2％、87.3％、87.4％、87.5％、87.6％、87.7％、87.8％、87.9％或88％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，优选为88％。根据本专利技术，所述复合材料中，PVDF粉末所占的质量分数为10％～11％，例如10％、10.1％、10.2％、10.3％、10.4％、10.5％、10.6％、10.7％、10.8％、10.9％或11％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，优选为10％。根据本专利技术，所述复合材料中，流动助剂所占的质量分数为1.0％～1.5％，例如1.01％、1.05％、1.1％、1.15％、1.2％、1.25％、1.3％、1.35％、1.4％、1.45％或1.5％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，优选为1.5％。根据本专利技术，所述复合材料中，抗氧化剂所占的质量分数为0.5％～1.5％，例如0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％、0.95％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，优选为0.5％。本专利技术中所述复合材料中，最重要的两种组分为尼龙粉末和PVDF，流动助剂和抗氧化剂是作为助剂进行添加的。本专利技术通过将尼龙粉末和PVDF两者进行组合并按照(87～88):(10～11)的比例进行配合，在该配比下，两者可发挥协同增效作用，其能够大幅提高复合材料的初熔点、熔程、弯曲强度和硬度，可满足3D打印材料的需要，尤其可以满足采用SLS激光快速成型技术的3D打印对材料的需求，因而可以很好地应用于3D打印中。根据本专利技术，所述复合材料中，除了含有尼龙粉末、PVDF粉末、流动助剂和抗氧化剂以外，还可以含有其它助剂，例如阻燃剂、抗紫外线剂等，本领域技术人员可以根据实际需要进行添加，在此不做特殊限定。当然，本专利技术所述复合材料中，也可以仅含有尼龙粉末、PVDF粉末、流动助剂和抗氧化剂，各组分之和为100％，此时，本专利技术所述“包括”可以改为“由……组成”。根据本专利技术，所述复合材料优选由以下质量分数的组分组成：尼龙粉末：88％；PVDF粉末：10％；流动助剂：1.5％；抗氧化剂：0.5％。本专利技术采用如上所述的各组分并控制各组分的含量在一定范围内，其得到的复合材料在硬度、抗剪强度和弯曲强度以及防腐和抗酸碱性等方面均达到最优水平。根据本专利技术，所述复合材料的原料组分中，尼龙粉末呈规则球形。本专利技术中，所述尼龙粉末的粒径为40μm～70μm，例如40μm、42μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、68μm或70μm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术中，所述尼龙粉末主要由尼龙原料经溶解沉淀制备得到，采用该方法制备得到的尼龙粉末杂质几乎不含杂质。当然，本专利技术中的尼龙粉末也可以采用本领域公知的技术进行制备，只是采用本专利技术中的溶解沉淀法制备得到的尼龙粉末具有更好的效果。本专利技术中，所述尼龙原料为PA6、PA66、PA612、PA11、PA1010、PPA、PA46、PA6T或PA9T中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：PA6和PA66；PA612和PA11；PA1010和PPA；PA6T和PA9T；PA1010、PPA和PA46。根据本专利技术，所述复合材料的原料组分中，PVDF粉末具有以下性能参数：片径为20μm～200μm，例如20μm、40μm、60μm、70μm、90μm、100μm、120μm、150μm、180μm或200μm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于3D打印的PVDF/尼龙复合材料，其特征在于，所述复合材料包括以下质量分数的各组分：尼龙粉末：87％～88％；PVDF粉末：10％～11％；流动助剂：1.0％～1.5％；抗氧化剂：0.5％～1.5％。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的PVDF/尼龙复合材料，其特征在于，所述复合材料包括以下质量分数的各组分：尼龙粉末：87％～88％；PVDF粉末：10％～11％；流动助剂：1.0％～1.5％；抗氧化剂：0.5％～1.5％。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料由以下质量分数的各组分组成：尼龙粉末：88％；PVDF粉末：10％；流动助剂：1.5％；抗氧化剂：0.5％。3.如权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的初熔点为140～175℃，熔程为2～6℃，弯曲强度为30MPa～80MPa，硬度为45hv～80hv。4.如权利要求1-3之一所述的复合材料，其特征在于，所述尼龙粉末呈规则球形；优选地，所述尼龙粉末的粒径为20μm～200μm；优选地，所述尼龙粉末主要由尼龙原料经溶解沉淀制备得到；优选地，所述尼龙原料为PA6、PA66、PA612、PA11、PA1010、PPA、PA46、PA6T或PA9T中的任意一种或至少两种的组合。5.如权利要求1-4之一所述的复合材料，其特征在于，所述PVDF粉末具有以下性能参数：片径为20μm～200μm，吸光率为5％～7％；优选地，所述流动助剂为碳化硅、二氧化硅、氯化铝或二氧化钛中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述抗氧化剂为2,2-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。6.如权利要求1-5之一所述的用于3D打印的PVDF/尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将流动助剂、抗氧化剂、尼龙粉末加入密闭搅拌器内混合搅拌均匀，然后加入PVDF粉末，经500rpm～1000rpm的高速搅拌后，得到所述用于3D打印的PVDF/尼龙复合材料。...

【专利技术属性】
技术研发人员：余建国，陈新康，张凤兰，杨峰，
申请(专利权)人：上海辰云信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31