CN101602871A - 用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉及其制备方法,它涉及一种木塑复合粉及其制备方法。它解决了目前选择木粉和热熔胶粉末组成的混合粉进行SLS加工存在推粉不均匀,加工出的零部件相对翘曲率和内部应力大,表面粗糙度差,强度不高、极易在有“缺陷”处发生断裂的缺陷。木塑复合粉由热熔胶粉末、经碱化处理的木粉、降粘剂、偶联剂、引发剂、光稳定剂和有机填料制成。制备方法:一、碱化木粉;二、制备基料;三、加入降粘剂、光稳定剂和有机填料,混合均匀,烘干。本发明木塑复合粉可降低木质粉末因吸湿而引发的粘连和聚集,能够均匀铺粉,均匀成型,成型精度高,用于SLS技术所加工出零部件的相对翘曲率为0.26%~0.45%、表面的粗糙度为Ra小于0.01mm。

Description

用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种木塑复合粉及其制备方法。
背景技术
快速原型制造彻底颠覆了传统的采用材料去除方式达到零件形状和精度的方法,采用全新的“增材”方式加工零部件。快速原型技术对于缩短新产品的设计评估周期,向设计者、制造者和用户提供真实可见的实体模型,进行功能测试实验,进行快速模具制造和快速零件制造,具有重要意义。快速原型制造在汽车、航空、电器、医疗等领域已得到广泛应用。
选择性激光烧结(SLS)是快速原型制造的一种,采用激光器作能源,其工作过程为:首先在计算机中建立零件的三维实体CAD模型,用分层软件进行切片处理,得到每一加工层面的信息,并将其转换为电信号来控制激光扫描系统。在工作台上均匀铺上一层很薄的加工材料粉末,激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结,被激光束照射的加工材料粉末熔化并在随后的冷却过程中粘结在一起,就完成了一个层面的加工;逐层铺粉,逐层扫描烧结,直到完成最后一层的加工,制造出三维实体模型。全部烧结完后去掉多余的加工材料粉末,再进行打磨、烘干等后续处理便获得零部件。该技术具有加工材料选择范围广泛、多余材料易于清理、应用范围广等优点,适用于原型及功能零件的制造。
高分子材料、涂覆纸、金属粉末、纺织纤维料、陶瓷复合材料等都作为加工材料用于选择性激光烧结,但是由于其成本过高,导致其缺乏市场竞争力。由于烧结层上部获得的能量大,加工材料粉末熔融程度大,粉末间孔隙含量更小,收缩大;烧结层下部获得的能量少,加工材料粉末熔融程度小,粉末间孔隙含量更大,收缩小,上下部分之间产生收缩应力;同时烧结处的大部分散热量是通过上表面辐射和空气对流进行,这样就使得上面部位散热快,收缩大,下部散热慢,收缩小,层内产生收缩应力;且加工材料粉末经过激光加热成熔融态,然后冷却凝固,这一过程中体积要发生较大的变化,造成越大的收缩应力;所以导致选择性激光烧结加工出的零部件脆性大、易破损,特别是采用聚丙烯(PP)粉制备出的零部件受到轻微震荡或冲击就马上破碎,需要进行特殊的力学改性(浸渍于石蜡液中3~5min)才能使用,但是力学改性无疑增加了生产成本,而且由于脆性大致使最终的成品率极低,产品价格居高不下。
木粉和热熔胶粉末直接混合形成的可用于选择性激光烧结快速成型的加工材料粉末虽然能够有效地降低成本,但采用木粉和热熔胶粉末组成的混合粉最大的缺陷在于选择性激光烧结“推粉”(或称作“铺粉”)过程中混合粉不均匀、容易粘连聚集,导致铺粉的厚度不均,从而影响了零部件的相对翘曲率、内部应力和表面的粗糙度,在外力冲击下极易在有“缺陷”处发生断裂,影响使用安全性,而且成型件受紫外线照射后易氧化降解而导致机械性能变坏。因此,木粉和热熔胶粉末组成的混合粉虽然在一定程度上降低脆性,但效果不明显仍然需要进一步力学改性。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前选择木粉和热熔胶粉末组成的混合粉进行选择性激光烧结快速成型加工过程中存在推粉不均匀、铺粉的厚度不均,导致加工出的零部件相对翘曲率、内部应力和表面的粗糙度差,强度不高、极易在有“缺陷”处发生断裂,影响使用安全性,产品仍然需进一步力学改性,而且成型件受紫外线照射后易氧化降解而导致机械性能变坏的缺陷,而提供的一种用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉及其制备方法。
用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉由热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、降粘剂、光稳定剂、偶联剂、引发剂和有机填料制成;其中热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末的重量比为4∶1~6,降粘剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的5%~20%,偶联剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的1%~5%,引发剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的0.1%~2%,有机填料为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的2%~20%,光稳定剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的0.2%~6%,降粘剂选自石墨、白碳黑、碳酸钙、滑石粉或玻璃粉。
上述用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉按以下步骤制备:一、将木质粉末置于质量浓度为10%~16%的NaOH或KOH溶液中浸泡24h,然后漂洗、抽滤,再放入温度为105℃的烘箱中干燥24h,且干燥过程中每隔2h翻动一次,即完成木质粉末碱化处理;二、按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末4∶1~6的重量比将经碱化处理的木质粉末与热熔胶粉末混合均匀,之后将溶解有偶联剂和引发剂的丙酮溶液倒入,继续搅拌均匀,得到基料;三、将有机填料按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量2%~20%的比例加入基料、降粘剂按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量5%~20%的比例加入基料、光稳定剂按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量0.2%~6%的比例加入基料,并在转速为720~1440r/min条件下混合均匀,再在45±2℃环境中烘干,即得到用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉;其中步骤二中按偶联剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量1%~5%、引发剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量0.1%~2%的比例将偶联剂和引发剂溶解于丙酮;步骤三中降粘剂选自石墨、白碳黑、碳酸钙、滑石粉或玻璃粉。
本发明用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉中加入了降粘剂,可以降低木质粉末因吸湿而引发的粘连和聚集,有利于“推粉”加工,能够使本发明木塑复合粉均匀铺粉,避免因厚度不均而引发的缺陷,用于选择性激光烧结快速成型所加工出零部件的相对翘曲率为0.26%~0.45%、表面的粗糙度为Ra小于0.01mm,分别比采用现有木粉和热熔胶粉末直接混合制备出的产品至少降低了53%和80%。采用本发明用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉制备出的零部件的脆性大幅降低(常温下最高可耐受冲击强度达7.0千焦/平方米以上),强度大幅提高,在提高选择性激光烧结快速成型产品使用安全性的同时可以免除进一步的力学改性,节省生产成本。
由于脆性的减弱和力学性能的提高,选择性激光烧结快速成型产品的成品率也提高到98%以上,产品价格得到有效的控制。如果对本发明木塑复合粉所加工出零部件再进行力学改性,可进一步提高其力学性能,生产出力学性能更为优异的零部件。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉由热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、降粘剂、光稳定剂、偶联剂、引发剂和有机填料制成;其中热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末的重量比为4∶1~6,降粘剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的5%~20%,偶联剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的1%~5%,引发剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的0.1%~2%,有机填料为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的2%~20%,光稳定剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的0.2%~6%,降粘剂选自石墨、白碳黑、碳酸钙、滑石粉或玻璃粉。
采用本实施方式降粘剂的成分和加入量,在保证克服木质粉末易粘连、聚集的同时也保证了用于选择性激光烧结快速成型所加工出零部件的相对翘曲率为0.26%~0.45%、表面的粗糙度为Ra小于0.01mm,零部件的力学性能和脆性得到明显改善。
将木质粉末置于质量浓度为10%~16%的NaOH或KOH溶液中浸泡24h,然后漂洗、抽滤,再放入温度为105℃的烘箱中干燥24h,且干燥过程中每隔2h翻动一次,即完成木质粉末碱化处理。由于木质纤维素由纤维素、半纤维素、木质素及抽提物等组成,纤维分子中含大量氢键,具有较强的分子间氢键极性作用,亲水性高达8%~10%,具有很强的亲水性和化学极性。经过碱化处理后植物纤维中的部分果胶、木质素和半纤维素等低分子杂质被溶解除去,纤维的氢键也被大量去除,纤维表面变得粗糙,使纤维与树脂界面之间结合能力增强;经过碱化处理后剩余的主要是木纤维,碱溶液将结晶木纤维的羟基打开,使木纤维蓬松,纤维表面与偶联剂更容易充分接触,与植物纤维中的羟基发生反应,降低了木纤维的亲水性,提高了界面润湿性和界面粘合作用;而且,碱化处理使纤维束分裂成更小的纤维,纤维的直径降低,长径比增加,与基体接触面积增大。并且碱化处理过程中的漂洗可以去除木粉中的灰尘等杂质。
本实施方式中光稳定剂为紫外线吸收剂UV-P、紫外线吸收剂UV531、紫外线吸收剂UV327、光稳定剂GW-540或光稳定剂744。木纤维的羰基可充当发色基团(老化引发剂)对有机填料的老化有加速作用,造成复合材料表面褪色,使表面形成一层强烈老化的薄层,并且产生大面积的脆裂。光稳定剂的加入可以减缓老化,提高所加工零部件的使用美观性和使用寿命。
本实施方式中有机填料的加入提高所加工零部件的生物耐久性及耐候性,但是超出本实施方式所限定的范围会增加脆性。
本实施方式降粘剂若由两种或两种以上成分组成,各成分之间可为任意比例关系。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末的重量比为4∶2~5。其它与实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末的重量比为4∶3~4。其它与实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一、二或三的不同点是:降粘剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的6%~18%。其它与实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式四的不同点是:降粘剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的8%~17%。其它与实施方式四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式四的不同点是:降粘剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的10%~15%。其它与实施方式四相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式四的不同点是:降粘剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的12%~14%。其它与实施方式四相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式四的不同点是:降粘剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的13%。其它与实施方式四相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八的不同点是:偶联剂为马来酸酐或马来酸酐接枝聚丙烯。其它与实施方式一至八相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九的不同点是:引发剂为过氧化二异丙苯。其它与实施方式一相同。
偶联剂的加入可以改善木质粉末与有机填料的界面相容性;将马来酸酐(MAH)和过氧化二异丙苯(DCP)溶解于丙酮,可以分散试剂,增加其接触面积。过氧化二异丙苯引发马来酸酐对木纤维进行表面改性,木纤维和马来酸酐发生化学反应,增加了界面黏合力,提高所加工零部件的力学性能。
具体实施方式十一:本实施方式与具体实施方式一至十的不同点是:热熔胶粉末为PES热熔胶粉末或EVA热熔胶粉末。其它与实施方式一至十相同。
具体实施方式十二:本实施方式与具体实施方式一至十一的不同点是:有机填料为聚丙烯粉末或聚乙烯粉末。其它与实施方式一至十一相同。
具体实施方式十三:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:降粘剂为石墨、白碳黑、碳酸钙、滑石粉或玻璃粉。其它与实施方式一相同。
本实施方式降粘剂可以为玻璃粉,因玻璃粉激光烧结过程中熔化后再冷却凝固,可起到增加结合强度的作用,并可以充当增强相,提高所加工零部件的力学强度(耐冲击性)和生物耐久性、耐候性,以及表面光泽和手感。
本实施方式降粘剂可以为石墨,石墨具有良好的导热性,可进一步加快热熔胶粉末的熔化速度。
具体实施方式十四:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:降粘剂由白碳黑、滑石粉和玻璃粉组成。其它与实施方式一相同。
具体实施方式十五:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:降粘剂由石墨、滑石粉和碳酸钙组成。其它与实施方式一相同。
具体实施方式十六:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:降粘剂由玻璃粉和碳酸钙组成。其它与实施方式一相同。
具体实施方式十七:本实施方式与具体实施方式一至十六的不同点是:热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、有机填料和降粘剂的粒度均小于180μm。其它与实施方式一至十六相同。
具体实施方式十八:本实施方式与具体实施方式十七的不同点是:热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、有机填料和降粘剂的粒度均为小于150μm。其它与实施方式十七相同。
具体实施方式十九:本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉按以下步骤制备:一、将木质粉末置于质量浓度为10%~16%的NaOH或KOH溶液中浸泡24h,然后漂洗、抽滤,再放入温度为105℃的烘箱中干燥24h,且干燥过程中每隔2h翻动一次,即完成木质粉末碱化处理;二、按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末4∶1~6的重量比将经碱化处理的木质粉末与热熔胶粉末混合均匀,之后将溶解有偶联剂和引发剂的丙酮溶液倒入,继续搅拌均匀,得到基料;三、将有机填料按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量2%~20%的比例加入基料、降粘剂按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量5%~20%的比例加入基料、光稳定剂按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量0.2%~6%的比例加入基料,并在转速为720~1440r/min条件下混合均匀,再在45±2℃环境中烘干,即得到用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉;其中步骤二中按偶联剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量1%~5%、引发剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量0.1%~2%的比例将偶联剂和引发剂溶解于丙酮;步骤三中降粘剂选自石墨、白碳黑、碳酸钙、滑石粉或玻璃粉。
本实施方式降粘剂若由两种或两种以上成分组成,各成分之间可为任意比例关系。
本实施方式步骤二中的丙酮可以满足溶解所用偶联剂和引发剂的需要,而且尽可能的减少步骤三的干燥时间。
本实施方式步骤三中的光稳定剂为紫外线吸收剂UV-P、紫外线吸收剂UV531、紫外线吸收剂UV327、光稳定剂GW-540或光稳定剂744。
木粉喷胶快速成型法(铺粉或推粉——压实——喷胶——下一新循环)也不能解决推粉不均匀、铺粉的厚度不均的问题,而且为了保证胶液的完全渗透,导致加工存在分层铺粉厚度薄、耗时长的缺点;木粉喷胶快速成型法所做加工出零部件还受喷胶量、喷胶速度的影响。选用本实施方式制备的用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,可以克服了喷胶量越少难度越大的技术问题,木质粉末与热熔胶粉末均匀混合避免了喷胶不均的难题,分层铺粉厚度增大,加快了加工速度,而且无需等待胶液的完全渗透,加工速率得到了大幅提高。
具体实施方式二十:本实施方式与具体实施方式十九的不同点是:步骤二中经碱化处理的木质粉末与热熔胶粉末的混合速度为800~1200r/min。其它步骤及参数与实施方式十九相同。
具体实施方式二十一:本实施方式与具体实施方式十九的不同点是:步骤二中按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末4∶2~5的重量比将经碱化处理的木质粉末与热熔胶粉末混合均匀。其它步骤及参数与实施方式十九相同。
具体实施方式二十二:本实施方式与具体实施方式十九的不同点是:步骤二按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末4∶3~4的重量比将经碱化处理的木质粉末与热熔胶粉末混合均匀。其它步骤及参数与实施方式十九相同。
具体实施方式二十三:本实施方式与具体实施方式十九至二十二的不同点是:步骤三中降粘剂按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量6%~18%的比例加入基料。其它步骤及参数与实施方式十九至二十二相同。
具体实施方式二十四:本实施方式与具体实施方式十九至二十二的不同点是:步骤三中降粘剂按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量10%~15%的比例加入基料。其它步骤及参数与实施方式十九至二十二相同。
具体实施方式二十五:本实施方式与具体实施方式十九至二十四的不同点是:步骤二中的偶联剂为马来酸酐或马来酸酐接枝聚丙烯,引发剂为过氧化二异丙苯。其它步骤及参数与实施方式十九至二十四相同。
具体实施方式二十六:本实施方式与具体实施方式十九至二十五的不同点是:步骤二中热熔胶粉末为PES热熔胶粉末或EVA热熔胶粉末。其它步骤及参数与实施方式十九至二十五相同。
具体实施方式二十七:本实施方式与具体实施方式十九至二十六的不同点是:步骤三中有机填料为聚丙烯粉末或聚乙烯粉末。其它步骤及参数与实施方式十九至二十六相同。
具体实施方式二十八:本实施方式与具体实施方式十九至二十七的不同点是:步骤三中的降粘剂为石墨、白碳黑、碳酸钙、滑石粉或玻璃粉。其它步骤及参数与实施方式十九至二十七相同。
具体实施方式二十九:本实施方式与具体实施方式十九至二十七的不同点是:步骤三中的降粘剂由白碳黑、滑石粉和玻璃粉组成。其它步骤及参数与实施方式十九至二十七相同。
具体实施方式三十:本实施方式与具体实施方式十九至二十七的不同点是:步骤三中的降粘剂由石墨、滑石粉和碳酸钙组成。其它步骤及参数与实施方式十九至二十七相同。
具体实施方式三十一:本实施方式与具体实施方式十九至二十七的不同点是:降粘剂由玻璃粉和碳酸钙组成。其它步骤及参数与实施方式十九至二十七相同。
具体实施方式三十二:本实施方式与具体实施方式十九至三十一的不同点是:热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、有机填料和降粘剂的粒度均小于180μm。其它步骤及参数与实施方式十九至三十一相同。
具体实施方式三十三:本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉按以下步骤制备:一、将木质粉末置于质量浓度为12%的NaOH溶液中浸泡24h,然后漂洗、抽滤,再放入温度为105℃的烘箱中干燥24h,且干燥过程中每隔2h翻动一次,即完成木质粉末碱化处理;二、按PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末4∶1的重量比将经碱化处理的木质粉末与PES热熔胶粉末以1200r/min的转速混合均匀,之后将溶解有马来酸酐接枝聚丙烯和过氧化二异丙苯的丙酮溶液倒入,继续搅拌均匀,得到基料;三、将聚丙烯粉末按PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量5%的比例加入基料、碳酸钙按PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量5%的比例加入基料,紫外线吸收剂UV-P按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量6%的比例加入基料,并在转速为1200r/min条件下混合均匀,再在45℃环境中烘干,即得到用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉;其中步骤二中按马来酸酐接枝聚丙烯为PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量1.6%、过氧化二异丙苯为PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量0.24%的比例将马来酸酐接枝聚丙烯和过氧化二异丙苯溶解于丙酮。
本实施方式PES热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、聚丙烯粉末和碳酸钙的粒度均为100~120μm。
进行对比实验:
分3组进行对比实验,第1组以本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料;第2组以木粉和热熔胶粉末直接混合粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料;第3组以聚丙烯(PP)粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料。(激光烧结快速成型设备采用华中科技大学的HPRS-III快速成型机)
加工参数选择木质粉末最为适宜的条件:采用分区域扫描方式,激光器输出功率为30~50W,扫描激光光束的移动速率为1800mm/s~2000mm/s,激光光斑的特征半径为0.3mm,激光光束扫描间距为0.15mm,分层厚度为0.1~0.2mm。
对比实验结果:第1组所制备产品的相对翘曲率为0.26%,第2组所制备产品的相对翘曲率为0.89%,第3组所制备产品的相对翘曲率为0.53%。说明本实施方式采用用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉制备出的产品具有更好的成型质量。
由于第3组所制备产品的脆性太大,以至于轻微震荡或冲击就马上破碎,无法进行力学检测,必须经过浸蜡后处理才能使用。第1组“推粉”过程中混合粉均匀、不发生粘连聚集,所以铺粉的厚度均匀、统一,所以保证了内部应力的均衡、表面粗糙度降低,在光照条件下不易发生光降解作用,稳定性强,而且提高了制备出的产品(零部件)的各项力学指标,其中拉伸强度最高可达到3.7MPa,冲击强度最高可达到9.5千焦/平方米,抗弯强度最高可达到2.2MPa,第2组制备出的产品(零部件)拉伸强度小于0.01MPa,冲击强度小于0.8千焦/平方米,弯曲强度无法测试。说明选用本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉所制备出的零部件的力学性能明显优于第2组。
第1组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.006~0.008mm,第2组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.06~0.094mm,第3组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.1~0.2mm。
具体实施方式三十四:本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉按以下步骤制备:一、将木质粉末置于质量浓度为13%的KOH溶液中浸泡24h,然后漂洗、抽滤,再放入温度为105℃的烘箱中干燥24h,且干燥过程中每隔2h翻动一次,即完成木质粉末碱化处理;二、按EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末4∶2的重量比将经碱化处理的木质粉末与EVA热熔胶粉末以1000r/min的转速混合均匀,之后将溶解有马来酸酐接枝聚丙烯和过氧化二异丙苯的丙酮溶液倒入,继续搅拌均匀,得到基料;三、将聚丙烯粉末按EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量10%的比例加入基料、降粘剂按EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量8%的比例加入基料,光稳定剂GW-540按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量4%的比例加入基料,并在转速为1000r/min条件下混合均匀,再在45℃环境中烘干,即得到用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉;其中步骤二中按马来酸酐接枝聚丙烯为EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量4%、过氧化二异丙苯为EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量0.5%的比例将马来酸酐接枝聚丙烯和过氧化二异丙苯溶解于丙酮;步骤三中降粘剂由玻璃粉和碳酸钙按1∶1的体积比组成。
本实施方式EVA热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、聚丙烯粉末和降粘剂的粒度均为100~120μm。
进行对比实验:
分3组进行对比实验,第1组以本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料;第2组以木粉和热熔胶粉末直接混合粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料;第3组以聚丙烯(PP)粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料。(激光烧结快速成型设备采用华中科技大学的HPRS-III快速成型机)
加工参数选择木质粉末最为适宜的条件:采用分区域扫描方式,激光器输出功率为30~50W,扫描激光光束的移动速率为1800mm/s~2000mm/s,激光光斑的特征半径为0.3mm,激光光束扫描间距为0.15mm,分层厚度为0.1~0.2mm。
对比实验结果:第1组所制备产品的相对翘曲率为0.41%,第2组所制备产品的相对翘曲率为0.96%,第3组所制备产品的相对翘曲率为0.53%。说明本实施方式采用用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉制备出的产品具有更好的成型质量。
由于第3组所制备产品的脆性太大,以至于轻微震荡或冲击就马上破碎,无法进行力学检测,必须经过浸蜡后处理才能使用。第1组“推粉”过程中混合粉均匀、不发生粘连聚集,所以铺粉的厚度均匀、统一,所以保证了内部应力的均衡、表面粗糙度降低,在光照条件下不易发生光降解作用,稳定性强,而且提高了制备出的产品(零部件)的各项力学指标,其中拉伸强度最高可达到3.1MPa,冲击强度最高可达到8.7千焦/平方米,抗弯强度最高可达到1.8MPa,第2组制备出的产品(零部件)拉伸强度小于0.01MPa,冲击强度小于0.5千焦/平方米,弯曲强度无法测试。说明选用本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉所制备出的零部件的力学性能明显优于第2组。
第1组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.006~0.007mm,第2组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.065~0.1mm,第3组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.1~0.2mm。
具体实施方式三十五:本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉按以下步骤制备:一、将木质粉末置于质量浓度为14%的KOH溶液中浸泡24h,然后漂洗、抽滤,再放入温度为105℃的烘箱中干燥24h,且干燥过程中每隔2h翻动一次,即完成木质粉末碱化处理;二、按PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末4∶4的重量比将经碱化处理的木质粉末与PES热熔胶粉末以800r/min的转速混合均匀,之后将溶解有马来酸酐和过氧化二异丙苯的丙酮溶液倒入,继续搅拌均匀,得到基料;三、将聚乙烯粉末按PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量15%的比例加入基料、降粘剂按PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量20%的比例加入基料,紫外线吸收剂UV531按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量1%的比例加入基料,并在转速为800r/min条件下混合均匀,再在45℃环境中烘干,即得到用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉;其中步骤二中按马来酸酐为PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量2%、过氧化二异丙苯为PES热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量1.2%的比例将马来酸酐和过氧化二异丙苯溶解于丙酮;步骤三中降粘剂由白碳黑和碳酸钙按1∶5的体积比组成。
本实施方式PES热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、聚乙烯粉末和降粘剂的粒度均为100~120μm。
进行对比实验:
分3组进行对比实验,第1组以本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料;第2组以木粉和热熔胶粉末直接混合粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料;第3组以聚丙烯(PP)粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料。(激光烧结快速成型设备采用华中科技大学的HPRS-III快速成型机)
加工参数选择木质粉末最为适宜的条件:采用分区域扫描方式,激光器输出功率为30~50W,扫描激光光束的移动速率为1800mm/s~2000mm/s,激光光斑的特征半径为0.3mm,激光光束扫描间距为0.15mm,分层厚度为0.1~0.2mm。
对比实验结果:第1组所制备产品的相对翘曲率为0.38%,第2组所制备产品的相对翘曲率为0.82%,第3组所制备产品的相对翘曲率为0.53%。说明本实施方式采用用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉制备出的产品具有更好的成型质量。
由于第3组所制备产品的脆性太大,以至于轻微震荡或冲击就马上破碎,无法进行力学检测,必须经过浸蜡后处理才能使用。第1组“推粉”过程中混合粉均匀、不发生粘连聚集,所以铺粉的厚度均匀、统一,所以保证了内部应力的均衡、表面粗糙度降低,在光照条件下不易发生光降解作用,稳定性强,而且提高了制备出的产品(零部件)的各项力学指标,其中拉伸强度最高可达到2.7MPa,冲击强度最高可达到8.2千焦/平方米,抗弯强度最高可达到1.3MPa,第2组制备出的产品(零部件)拉伸强度小于0.01MPa,冲击强度小于0.5千焦/平方米,弯曲强度无法测试。说明选用本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉所制备出的零部件的力学性能明显优于第2组。
第1组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.007~0.008mm,第2组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.056~0.083mm,第3组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.1~0.2mm。
具体实施方式三十六:本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉按以下步骤制备:一、将木质粉末置于质量浓度为16%的NaOH溶液中浸泡24h,然后漂洗、抽滤,再放入温度为105℃的烘箱中干燥24h,且干燥过程中每隔2h翻动一次,即完成木质粉末碱化处理;二、按EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末4∶6的重量比将经碱化处理的木质粉末与EVA热熔胶粉末以1440r/min的转速混合均匀,之后将溶解有马来酸酐和过氧化二异丙苯的丙酮溶液倒入,继续搅拌均匀,得到基料;三、将聚乙烯粉末按EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量20%的比例加入基料、降粘剂按EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量15%的比例加入基料,光稳定剂744按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量2%的比例加入基料,并在转速为1440r/min条件下混合均匀,再在45℃环境中烘干,即得到用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉;其中步骤二中按马来酸酐为EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量3%、过氧化二异丙苯为EVA热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量0.15%的比例将马来酸酐和过氧化二异丙苯溶解于丙酮;步骤三中降粘剂由石墨、滑石粉和碳酸钙按1∶1∶10的体积比组成。
本实施方式EVA热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、聚乙烯粉末和降粘剂的粒度均为100~120μm。
进行对比实验:
分3组进行对比实验,第1组以本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料;第2组以木粉和热熔胶粉末直接混合粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料;第3组以聚丙烯(PP)粉作为选择性激光烧结快速成型工艺原料。(激光烧结快速成型设备采用华中科技大学的HPRS-III快速成型机)
加工参数选择木质粉末最为适宜的条件:采用分区域扫描方式,激光器输出功率为30~50W,扫描激光光束的移动速率为1800mm/s~2000mm/s,激光光斑的特征半径为0.3mm,激光光束扫描间距为0.15mm,分层厚度为0.1~0.2mm。
对比实验结果:第1组所制备产品的相对翘曲率为0.30%,第2组所制备产品的相对翘曲率为1.01%,第3组所制备产品的相对翘曲率为0.53%。说明本实施方式采用用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉制备出的产品具有更好的成型质量。
由于第3组所制备产品的脆性太大,以至于轻微震荡或冲击就马上破碎,无法进行力学检测,必须经过浸蜡后处理才能使用。第1组“推粉”过程中混合粉均匀、不发生粘连聚集,所以铺粉的厚度均匀、统一,所以保证了内部应力的均衡、表面粗糙度降低,在光照条件下不易发生光降解作用,稳定性强,而且提高了制备出的产品(零部件)的各项力学指标,其中拉伸强度最高可达到1.8MPa,冲击强度最高可达到7.1千焦/平方米,抗弯强度最高可达到2.4MPa,第2组制备出的产品(零部件)拉伸强度小于0.01MPa,冲击强度小于0.5千焦/平方米,弯曲强度无法测试。说明选用本实施方式用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉所制备出的零部件的力学性能明显优于第2组。
第1组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.006~0.007mm,第2组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.057~0.086mm,第3组制备出的产品(零部件)的表面粗糙度Ra为0.1~0.2mm。

Claims (10)

1、用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,其特征在于用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉由热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、降粘剂、光稳定剂、偶联剂、引发剂和有机填料制成;其中热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末的重量比为4∶1~6,降粘剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的5%~20%,偶联剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的1%~5%,引发剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的0.1%~2%,有机填料为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的2%~20%,光稳定剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的0.2%~6%,降粘剂选自石墨、白碳黑、碳酸钙、滑石粉或玻璃粉。
2、根据权利要求1所述的用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,其特征在于热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末的重量比为4∶2~5。
3、根据权利要求1所述的用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,其特征在于热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末的重量比为4∶3~4。
4、根据权利要求1、2或3所述的用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,其特征在于降粘剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量的10%~15%。
5、根据权利要求1、2或3所述的用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,其特征在于偶联剂为马来酸酐或马来酸酐接枝聚丙烯。
6、根据权利要求1、2或3所述的用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,其特征在于引发剂为过氧化二异丙苯。
7、根据权利要求1、2或3所述的用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,其特征在于热熔胶粉末为PES热熔胶粉末或EVA热熔胶粉末。
8、根据权利要求1、2或3所述的用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,其特征在于有机填料为聚丙烯粉末或聚乙烯粉末。
9、根据权利要求8所述的用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉,其特征在于热熔胶粉末、经碱化处理的木质粉末、有机填料和降粘剂的粒度均小于180μm。
10、如权利要求1所述用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉的制备方法,其特征在于用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉按以下步骤制备:一、将木质粉末置于质量浓度为10%~16%的NaOH或KOH溶液中浸泡24h,然后漂洗、抽滤,再放入温度为105℃的烘箱中干燥24h,且干燥过程中每隔2h翻动一次,即完成木质粉末碱化处理;二、按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末4∶1~6的重量比将经碱化处理的木质粉末与热熔胶粉末混合均匀,之后将溶解有偶联剂和引发剂的丙酮溶液倒入,继续搅拌均匀,得到基料;三、将有机填料按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量2%~20%的比例加入基料、降粘剂按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量5%~20%的比例加入基料、光稳定剂按热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量0.2%~6%的比例加入基料,并在转速为720~1440r/min条件下混合均匀,再在45±2℃环境中烘干,即得到用于选择性激光烧结快速成型的木塑复合粉;其中步骤二中按偶联剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量1%~5%、引发剂为热熔胶粉末与经碱化处理的木质粉末总质量0.1%~2%的比例将偶联剂和引发剂溶解于丙酮;步骤三中降粘剂选自石墨、白碳黑、碳酸钙、滑石粉或玻璃粉。
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