CN100467256C - 一种塑料功能件的快速制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塑料功能件的快速制造方法，首先将非结晶态热塑性聚合物原料制备成平均粒径160目～250目的粉末材料；采用SLS快速成形法将上述粉末材料加工成塑料零件形坯；利用浸渍胶对零件毛坯进行涂渗处理，浸渍胶A组分由环氧树脂、环氧稀释剂和韧性改性剂混合而成，其中环氧树脂60～85wt%，环氧稀释剂10～25wt%，韧性改性剂3～15wt%。浸渍胶B组分由一种或几种环氧固化剂混合组成，常温下其粘度为100～300mPa.s，固化温度在30℃～60℃，固化时间在10小时以下；将零件在室温下充分干燥，并予以加温固化；对塑料零件表面进行打磨处理即可。本方法可以制造形状结构复杂的各种塑料功能件，该功能件采用传统方法难以或无法制造。
Description
技术领域
本发明属于先进制造领域，具体涉及一种塑料功能件的快速制造方法。
背景技术
目前，塑料功能件的快速制造方法主要有光敏树脂的立体光刻快速成形法(Stereo Lithograghy Apparatus，SLA)、丝状热塑性塑料的熔融沉积成形法(Fused Deposition Modeling，FDM)及结晶性热塑性塑料粉末的选择性激光烧结法(Selected Laser Sintering，SLS)等。其中SLA制备塑料功能件的过程为用紫外光波长范围的激光器逐层扫描液态光敏树脂使其固化，从而叠加成塑料功能件。此法具有精度高的特点，但由于紫外激光器和光敏树脂价格昂贵，功能件成本很高。此外，光敏树脂具有刺激性气味，会造成环境污染。FDM是通过三维喷头在X-Y-Z方向上的运动，塑料丝在喷头中加热、熔化，然后被选择性地涂覆后快速冷却固化形成各层而叠加成形的，此法具有设备价格低廉、材料成本低、污染小等优点，但成形精度不高，不易制作精细结构的零件。结晶性热塑性塑料粉末(如尼龙12粉末)SLS法制备塑料功能件的过程为用红外光波长范围的激光器对粉末材料进行逐层烧结而叠加成形。由于SLS法所用的红外激光器价格低，寿命长，而所用的粉末材料选择范围广、价格低，从而使SLS法成本相对较低。对于结晶性聚合物粉末，在激光束选择性照射区域，颗粒全部熔融变形，单独的颗粒消失，固体高聚物变成粘性流体，填充了粉体中的空隙，因此固化后的烧结体中空隙率极小，烧结件的致密度、强度较高，不需要后处理就能达到一般功能件的要求，但由于粉末颗粒间空隙被添充，因此具有成形件收缩率较高、精度差的缺点。此外由于结晶性聚合物的烧结温度较高，温度不易控制，材料容易老化，烧结过程中需要惰性气体保护，对设备要求较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种塑料功能件的快速制造方法，该方法所制备的塑料功能件同时具备了成本低、精度高和强度好的特点。
本发明提供的一种塑料功能件的快速制造方法，其步骤包括：
(1)将非结晶态热塑性聚合物原料制备成平均粒径160目～250目的粉末材料；
(2)采用SLS快速成形法将上述粉末材料加工成塑料零件形坯；
(3)清除塑料零件形坯上多余的粉末，得到多孔性塑料零件毛坯；
(4)对上述零件毛坯用浸渍胶进行涂渗处理，其步骤为：
1)利用浸渍胶对零件毛坯进行涂渗处理，直到涂渗完全，清除零件表面残余的浸渍胶；
浸渍胶由A、B二组分混合而成，A、B组分的质量比为10：3～3：1，浸渍胶A组分由环氧树脂、环氧稀释剂和韧性改性剂混合而成，其中环氧树脂质量百分比为60～85％，环氧稀释剂质量百分比为10％～25％，韧性改性剂所占质量百分比：3％～15％，所述环氧树脂为缩水甘油醚型或缩水甘油酯型环氧树脂，其黏度小于15000mpa.s，所述环氧稀释剂为多官能度活性稀释剂，所述韧性改性剂为长链线性液态活性增韧剂；
浸渍胶B组分由一种或几种环氧固化剂混合组成，常温下其粘度为100～300mPa.s，固化温度为30℃～60℃，固化时间为10小时以下；
2)将零件在室温下充分干燥，并予以加温固化；
3)对塑料零件表面进行打磨处理。
本发明利用非结晶态热塑性塑料粉末，采用SLS快速成形法制造塑料功能件，由于非结晶性热塑性塑料粉末烧结温度较低，温度较易控制，材料不易老化，对设备要求较低。非结晶性聚合物粉体在烧结时仅为颗粒接触部位的融合，颗粒间相对位置变化不大，使烧结结构内部存在大量的空隙，因此烧结过程中的体积收缩、变形很小，制件精度较高，而烧结件的致密度、强度较低。本发明通过用环氧浸渍胶对成形件进行后处理，提高了其强度，达到了塑料功能件的要求。使塑料功能件同时具备了成本低、精度高、强度好等特点。本方法可以制造形状结构复杂的各种塑料功能件，该功能件采用传统方法难以或无法制造。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为SLS精度测试标准件的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明中塑料功能件的快速制造方法的步骤为：
(1)将非结晶态热塑性聚合物，如ABS、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)等制备成平均粒径为160目～250目的粉末材料。
(2)采用SLS快速成形法将这些粉末材料加工成塑料零件形坯。
(3)将形坯经软质毛刷或高压空气冲刷清除多余的粉末得到多孔性塑料零件毛坯。
(4)对此零件毛坯用浸渍胶进行涂渗处理。
1)采用浸渍胶对零件形坯进行涂渗处理，直到涂渗完全；清除零件表面残余的浸渍胶。如果室温较低时，可将涂渗处理的成形件放入25℃真空干燥箱中保温，以保证渗透。
浸渍胶由A、B二组分按质量比10：3～3：1混合而成。
浸渍胶A组分由环氧树脂、环氧稀释剂、韧性改性剂混合、搅拌均匀制得浸渍胶A组分，其粘度要控制在5000mpa.s以下。其中环氧树脂质量百分比为60～85％，环氧稀释剂质量百分比为10％～25％，韧性改性剂所占质量百分比：3％～15％。所选用的环氧树脂为缩水甘油醚型或缩水甘油酯型环氧树脂，其黏度小于15000mpa.s。这种环氧树脂常温下为液态，且黏度较低，这样即有利于提高浸渍胶的浸渗性，又可减少稀释剂的用量；所用的稀释剂为多官能度活性稀释剂，即其分子链中含有两个以上的活性环氧基团，如新戊二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚等，使用多官能度活性稀释剂，用量和固化方法适当，就不会降低产物的交联密度，从而热状态下的机械强度及耐化学品性保持率较高。韧性改性剂选用长链线性液态活性增韧剂，该物质分子为脂肪族长链结构，其中含有可以参加固化反应的活性基团：—OH、—COOH等，故使用此类增韧剂可以增加成形件韧性的同时，又可避免使强度大幅下降。此类增韧剂商品化的产品较多，可根据实际需要进行选择。
浸渍胶B组分由一种或几种环氧固化剂混合组成，常温下B组分的粘度控制在100～300mPa.s范围内，固化温度在30℃～60℃，固化时间在10小时以下。环氧固化剂可以选用直链脂肪族多胺，聚酰胺—多胺及脂环族多胺；直链脂肪族多胺有三乙烯四胺、四乙烯五胺及二乙胺基丙胺；脂环族多胺有孟烷二胺，N—氨乙基哌嗪；等等。
将上述A、B组分用电动搅拌器混合均匀。如果室温低于25℃时，要将A、B组分在混合前于25℃烘箱中加热30分钟后，再进行混合。
2)将零件在室温下干燥5小时以上之后，放入60℃烘箱中固化8～10小时。
3)最后对塑料零件表面进行打磨处理即可。打磨处理的目的是为了降低成形件的表面粗糙度。
表1 浸渍胶配方实例
注：其中，E-51、E-44都是双酚A缩水甘油醚型环氧树脂，为上海树脂厂产品；奇士增韧剂为北京清大奇士新材料技术有限公司产品；新戊二醇二缩水甘油醚、孟烷二胺为武汉市豪杰化工有限公司；651聚酰胺多胺为巴陵石油化工公司产品。
表2 烧结参数实例
实例1
以平均粒径为200目的ABS粉末作为烧结材料。采用华中科技大学HRPS-III形SLS成型系统，参数设定列于表2中。浸渍胶的配方列于表1中。
具体的实施步骤为：
(1)用HRPS-III型SLS成形系统，烧结参数按表1设置，加工塑料零件形坯。
(2)将形坯经软质毛刷或高压空气冲刷清除多余的粉末得到多孔性塑料零件毛坯。
(3)对此零件毛坯用浸渍胶进行涂渗处理。
1)浸渍胶A、B组分按表2配制后，将A、B组分按质量比3：1混合，用电动搅拌器混合均匀。
2)对零件毛坯进行涂渗处理，直到涂渗完全；清除零件表面的残余的浸渍胶。
3)将零件在室温下干燥5小时之后，放入60℃烘箱中固化10小时。
4)最后对塑料零件表面进行打磨处理即可。
(4)按以上方法加工精度测试标准件(如图2所示)及强度测试标准件，进行精度和强度的测试，测试结果列于表3中。图2中标有精度测试标准件的标准尺寸(原始尺寸)，设为A0，标准测试件固化成形后，用游标卡尺测量各部分尺寸，设为A1；精度S＝[(A1-A0)/A0]×100％；其平均精度值采用测多点取平均值的方法。
表3 用实例1制得的塑料功能件性能
实例2
以平均粒径为160目的PC粉末作为烧结材料。采用华中科技大学HRPS-III型SLS成型系统，参数设定列于表2中。浸渍胶的配方列于表1中。
具体的实施步骤为：
(1)用HRPS-III型SLS成形系统，烧结参数按表2设置，加工塑料零件形坯。
(2)将形坯经软质毛刷或高压空气冲刷清除多余的粉末得到多孔性塑料零件毛坯。
(3)对此零件毛坯用浸渍胶进行涂渗处理。
1)浸渍胶A、B组分按表1配制后，将A、B组分按质量比3：1混合，用电动搅拌器混合均匀。
2)对零件毛坯进行涂渗处理，直到涂渗完全；清除零件表面的残余的浸渍胶。
3)将零件在室温下干燥5小时之后，放入60℃烘箱中固化10小时。
4)最后对塑料零件表面进行打磨处理即可。
(4)按以上方法加工精度测试标准件(如图2所示)及强度测试标准件，进行精度和强度的测试，测试结果列于表4中。
表4 用实例2制得的塑料功能件性能
实例3
以平均粒径为200目的PS粉末作为烧结材料。采用华中科技大学HRPS-III型SLS成形系统，参数设定列于表2中。浸渍胶的配方列于表1中。
具体的实施步骤为：
(1)用HRPS-III型SLS成形系统，烧结参数按表2设置，加工塑料零件形坯。
(2)将形坯经软质毛刷或高压空气冲刷清除多余的粉末得到多孔性塑料零件毛坯。
(3)对此零件毛坯用浸渍胶进行涂渗处理。
1)浸渍胶A、B组分按表1配制后，将A、B组分按质量比10：3混合，用电动搅拌器混合均匀。
2)对零件毛坯进行涂渗处理，直到涂渗完全；清除零件表面的残余的浸渍胶。
3)将零件在室温下干燥5小时之后，放入60℃烘箱中固化10小时。
4)最后对塑料零件表面进行打磨处理即可。
(4)按以上方法加工精度测试标准件(如图2所示)及强度测试标准件，进行精度和强度的测试，测试结果列于表5中。
表5 用实例3制得的塑料功能件性能
Claims (4)
1、一种塑料功能件的快速制造方法，其步骤包括：
(1)将非结晶态热塑性聚合物原料制备成平均粒径160目～250目的粉末材料；
(2)采用SLS快速成形法将上述粉末材料加工成塑料零件形坯；
(3)清除塑料零件形坯上的多余的粉末，得到多孔性塑料零件毛坯；
(4)对上述零件毛坯用浸渍胶进行涂渗处理，其步骤为：
(4.1)利用浸渍胶对零件毛坯进行涂渗处理，直到涂渗完全，清除零件表面残余的浸渍胶；
上述浸渍胶由A、B二组分混合而成，A、B组分的质量比为10：3～3：1，浸渍胶A组分由环氧树脂、环氧稀释剂和韧性改性剂混合而成，其中环氧树脂质量百分比为60～85％，环氧稀释剂质量百分比为10％～25％，韧性改性剂所占质量百分比：3％～15％，所述环氧树脂为缩水甘油醚型或缩水甘油酯型环氧树脂，其黏度小于15000mpa.s，所述环氧稀释剂为多官能度活性稀释剂，所述韧性改性剂为长链线性液态活性增韧剂；
浸渍胶B组分由一种或几种环氧固化剂混合组成，常温下其粘度为100～300mPa.s，固化温度在30℃～60℃，固化时间在10小时以下；
(4.2)将零件在室温下充分干燥，并予以加温固化；
(4.3)对塑料零件表面进行打磨处理。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述浸渍胶B组分中的环氧固化剂为直链脂肪族多胺、聚酰胺—多胺和脂环族多胺。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述浸渍胶B组分中的环氧固化剂为三乙烯四胺、四乙烯五胺、二乙胺基丙胺、孟烷二胺或N—氨乙基哌嗪。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述环氧稀释剂为新戊二醇二缩水甘油醚或三羟甲基丙烷三缩水甘油醚。
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