CN102372918A

CN102372918A - 基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合粉末材料

Info

Publication number: CN102372918A
Application number: CN2010102517264A
Authority: CN
Inventors: 许小曙; 周红卫; 边宏
Original assignee: Hunan Farsoon High Tech Co Ltd
Current assignee: Hunan Farsoon High Tech Co Ltd
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明公开了一种基于选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的尼龙/铝粉复合粉末材料，其组分包括：尼龙树脂，铝粉，流动助剂，光吸收剂，抗氧剂；本发明同时公开了该尼龙复合材料的制备方法。本发明提供的尼龙/铝粉复合粉末材料用于SLS成型时，在保证优良力学性能及成型效果的同时，提供了较高导热性能的类金属制件，成型制件有金属质感，有效改善了SLS制件综合性能，尤其适用于模具生产等对制件导热性能要求高的制造领域。

Description

基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合粉末材料

技术领域

本发明涉及一种基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合粉末材料，并提供了该尼龙/铝粉复合粉末材料的制备方法。

背景技术

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)快速成型技术是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。利用该技术几乎可以成型任意几何形状的制件，包括工业生产中所需要的各种复杂形状的模具等；该技术可应用的材料范围非常宽，包括高分子、陶瓷、金属及各种复合材料等。尼龙等高分子材料具有低热传导性的特点，用这些材料制备出来的模具具有导热性能差的缺陷，一方面模具加热时间长，将影响制品的成型质量及制件性能，另一方面模具冷却过程需要较长的时间，这将非常不利于成型后的脱模处理。在SLS材料领域，金属粉末是导热性能最好的材料，而SLS技术也是快速成型技术中唯一可以直接或间接地烧结金属粉末来制作金属件的工艺。直接金属粉末激光烧结是利用高能量的激光直接烧结金属粉末获得金属零部件，该法所得金属件对烧结的激光功率、烧结材料及烧结工艺等要求极高，且存在球化、翘曲变型等技术难题，因而其应用受到一定限制。SLS制造金属件应用更为广泛的方法是间接金属粉末烧结法，该法是将金属粉末和某种粘结剂按一定比例混合均匀，用激光束对混合粉末进行选择性扫描，激光的作用使混合粉末中的粘结剂熔化并将金属粉末粘结在一起，形成金属零件的坯体，再经脱脂、高温二次烧结、金属溶渗等后处理得到金属制件产品，其中成型性能好、强度高的尼龙粉末材料是常用的粘接剂之一，如CN101036944采用覆膜法制备了尼龙覆膜金属粉末材料，用于SLS间接法制备金属件；但该法须经过复杂的后续处理，最后所得金属件的力学性能、成型精度等都会有所影响。SLS成型金属件面临众多技术难题，工艺复杂、成本高，很大程度上限制了模具制造等对制件导热性能要求高的领域的发展。开发出适用于SLS工艺的具有优良的导热性能、力学性能、成型性能等特点新型复合材料(在此，我们称该类复合材料为类金属材料)，突破原有高分子材料及金属材料在导热性差、技术难度高、工艺复杂、价格昂贵等方面的缺陷，制备具有优良的SLS成型效果、力学性能、导热性能的类金属件，以适用于模具制造等对制品导热性要求高的领域，是SLS技术领域面临的一项重要课题，但目前鲜有报道涉及相关SLS类金属材料及制件的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合材料，用于SLS成型制造类金属制件，在保证优良力学性能及成型效果的同时，提供较高的导热系数，成型制件有金属质感，所得SLS类金属制件综合性能优良，可适用于模具制造等对制件导热性能要求高的制造领域。

本发明提供的基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合材料，是由以下组分组成的：尼龙树脂粉末，铝粉，流动助剂，光吸收剂，抗氧剂；各组分按下述重量份数配比：

尼龙树脂 50-80

铝粉 20-50

流动助剂 0.3-3

光吸收剂 0.1-1

抗氧剂 0.5-1

上述尼龙树脂粉末选自PA6，PA66，PA1010，PA11，PA12。

上述铝粉的粒径为10～100μm。

上述流动助剂为纳米氧化铝、纳米氧化钙、纳米碳化硅、纳米二氧化硅中的一种或几种。

上述光吸收剂为苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类与受阻胺类光吸收剂中的一种或几种；其中苯酮类光吸收剂优选为2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，苯并三唑类光吸收剂优选为2-(2′-羟基-3′，5′-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑等，三嗪类光吸收剂优选为2，4，6-三(2′正丁氧基苯基)-1，3，5-三嗪，受阻胺类优选为二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基(癸二酸酯、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

上述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成的复合抗氧剂，其中受阻酚类抗氧剂优选为1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2，6-二叔丁基-4-甲基-苯酚、N，N′-二(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)、2，2′-双(4-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷、2，2′-双(4-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一种或几种，其用量为复合抗氧剂总重量的60-80％；其中亚磷酸酯类抗氧剂优选为2，2′-亚乙基双(4，6-二叔丁基苯基)氟代亚磷酸酯、四(2，4-二叔丁基苯基)-4，4′-联苯基双亚磷酸酯中的一种或几种，其用量为复合抗氧剂总重量的20-40％。

本发明提供的基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合材料根据上述各组分配比，按以下步骤得到本发明提供的基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合材料：

将铝粉加至机械搅拌器内，再添加尼龙树脂粉末、流动助剂、光吸收剂、抗氧剂，搅拌均匀，通过150目筛，得到基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合材料。

将所得尼龙/铝粉复合材料用于SLS成型设备成型，所得成型制件按ASTM标准进行性能测试。

上述步骤A和B中所用的加料、搅拌、过筛及SLS成型方法为本领域技术人员公知的方法。本领域技术人员根据本发明公开的内容，采用其它替换方案实现本发明目的的技术手段均属于本发明范围。

本发明提供的基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合材料可直接用于SLS成型，制造各种复杂几何形状的类金属模具等产品，具有现有的金属及非金属材料不可比拟的优点。与直接命属粉末激光烧结相比，本发明提供的尼龙/铝粉复合材料只需低功率激光器就能实现粉末的烧结成型，工艺成本大大降低，且成型过程中不发生球化、翘曲变形等问题；与间接金属粉末激光烧结相比，本发明提供的尼龙/铝粉复合材料所得SLS制件不需复杂的后续处理即可作为注塑模具等功能件应用于其他机械制造领域，成型精度高、力学性能好；与非金属材料相比，本发明提供的尼龙/铝粉复合材料具备了较高的导热性能，非常适用于模具制造等对制件导热性能要求高的领域。

具体实施方式

实施例1

称取铝粉2500克，放入机械搅拌器内，再添加尼龙12粉料2500克、流动助剂50克、光吸收剂30克和抗氧剂30克，将混和物料搅拌均匀，过筛，得到尼龙复合粉末材料。

在SLS成型设备上成型步骤B所得尼龙复合粉末材料，制备工艺参数为：激光功率14W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度175℃；将所得SLS成型件按ASTM标准进行性能测试，结果见表1。

实施例2

称取铝粉2000克，放入机械搅拌器内，再添加尼龙12粉料3000克、流动助剂60克、光吸收剂35克和抗氧剂35克，将混和物料搅拌均匀，过筛，得到尼龙复合粉末材料。

在SLS成型设备上成型步骤B所得尼龙复合粉末材料，制备工艺参数为：激光功率14W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度175℃；将所得SLS成型件按ASTM标准进行性能测试。

实施例3

称取铝粉1500克，放入机械搅拌器内，再添加尼龙12粉料3500克、流动助剂70克、光吸收剂40克和抗氧剂40克，将混和物料搅拌均匀，过筛，得到尼龙复合粉末材料。

对比例

将原料尼龙12粉直接在SLS成型设备上成型，制备工艺参数为：激光功率12W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度170℃；将所得SLS成型件按ASTM标准进行性能测试。

Claims

1.基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合粉末材料，其特征在于所述的尼龙复合材料是由以下组分组成的：尼龙树脂，铝粉，流动助剂，光吸收剂，抗氧剂。

2.根据权利要求1所述，其特征是各组分按下述重量份数配比：

尼龙树脂 50-80

铝粉 20-50

流动助剂 0.3-3

光吸收剂 0.1-1

抗氧剂 0.5-1

3.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的尼龙树脂选自PA6、PA66、PA1010、PA11、PA12。

4.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的铝粉的粒径范围为10～100μm

5.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的流动助剂为纳米氧化铝、纳米氧化钙、纳米碳化硅、纳米二氧化硅中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的光吸收剂为苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类与受阻胺类光吸收剂中的一种或几种；其中苯酮类光吸收剂优选为2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，苯并三唑类光吸收剂优选为2-(2′-羟基-3′，5′-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑，三嗪类光吸收剂优选为2，4，6-三(2′-正丁氧基苯基)-1，3，5-三嗪，受阻胺类光吸收剂优选为二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

7.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成的复合抗氧剂；其中受阻酚类抗氧剂优选为1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2，6-二叔丁基-4-甲基-苯酚、N，N′-二(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)、2，2′-双(4-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷、2，2′-双(4-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一种或几种，其用量为复合抗氧剂总重量的60-80％；其中亚磷酸酯类抗氧剂优选为2，2′-亚乙基双(4，6-二叔丁基苯基)氟代亚磷酸酯、四(2，4-二叔丁基苯基)-4，4′-联苯基双亚磷酸酯中的一种或几种，其用量为复合抗氧剂总重量的20-40％。

8.权利要求1所述的基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合粉末材料是按以下步骤制得：

将铝粉加至机械搅拌器内，再添加尼龙树脂、流动助剂、光吸收剂、抗氧剂，搅拌均匀，通过150目筛，制得所述的基于选择性激光烧结的尼龙/铝粉复合粉末材料。