CN103709737A - 一种用于sls的高分子复合粉末材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于SLS的高分子复合粉末材料，包含以下组分：高分子粉末、激光吸收剂、流动助剂和抗氧剂，其中高分子粉末占总体质量百分比为85%-99%、激光吸收剂占总体质量百分比为0.1%-10%、流动助剂占总体质量百分比为0.1%-3%、抗氧剂占总体质量百分比为0.1%-2%。这种用于SLS的高分子复合粉末材料制备方法工艺简便、环境友好、容易实施，能够得到具有优良成型性能的高分子复合粉末材料，并且本发明制备的高分子复合粉末材料可使用光纤激光器进行SLS成形，制件精度得到了有效的改善，促进了SLS技术在众多领域的应用。

Description

一种用于SLS的高分子复合粉末材料及其制备方法
技术领域
 本发明涉及一种高分子复合粉末材料，尤其涉及一种用于SLS的高分子复合粉末材料及其制备方法。
背景技术
选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)技术是一种以激光作为加工热源来烧结粉末材料形成三维实体的快速成型方法，实质上是粉末材料吸收激光的能量使其自身温度升高，熔融、固化，从而达到成型的目的。它是基于离散/堆积成型原理的新型数字化成型技术，借助于计算机辅助设计和制造，将固体粉末材料直接成型为三维实体零件，不受成型零件形状复杂程度的限制，无需设计和构造支撑，是目前应用最为广泛的快速成型技术之一。从理论上讲，任何能吸收激光能量而黏度降低的粉末材料都可以作为SLS的成型材料，其范围覆盖了高分子、陶瓷、金属粉末和它们的复合粉末。
烧结材料的研究是SLS技术研究的重要环节，它对烧结制件的成型精度及物理机械性能起决定性作用，直接影响到最终产品的性能。因此，开发高性能的粉末材料并拓展其应用范围，已成为SLS技术的重要发展方向。高分子粉末材料与金属和陶瓷基粉末相比，具有较低的成型温度，烧结所需的激光功率小，且表面能低，熔融粘度较高，是目前应用最多也是最成功的SLS粉末，是该技术的一个重要发展方向。传统的烧结高分子粉末的SLS技术多以CO2激光器作为热源，高分子材料对该波长（10.6 μm）的激光吸收率较高，因此可以直接用SLS技术成形。然而，CO2激光器结构复杂，使用及维护成本大，且光束发散较大所引起的衍射效应使得高分子粉末对成型设备和工艺要求极为严格，控制不当将导致烧结过程难以进行或制件由于内应力而发生严重翘曲，最终影响SLS产品的质量。光纤激光器则不同，它具有其它激光器（CO2、HeNa、DPL等）无法比拟的巨大优势：技术成熟及其光纤的可绕性所带来的小型化、集约化，高亮度高光电转化效率，高能量输出高光束质量，无需光学准直，无需机械稳定，使用成本低且无需维护。另外，它能够胜任恶劣的工作环境，对粉尘、震荡、温度等具有很高的容忍度。然而，绝大多数高分子粉末对光纤激光器的波长（1.06 μm）吸收较差，限制了它在SLS技术中的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使用光纤激光器进行SLS成形，适应SLS技术工艺需求的高分子复合粉末材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于SLS的高分子复合粉末材料，包含以下组分：高分子粉末、激光吸收剂、流动助剂和抗氧剂，其中高分子粉末占总体质量百分比为85%-99%、激光吸收剂占总体质量百分比为0.1%-10%、流动助剂占总体质量百分比为0.1%-3%、抗氧剂占总体质量百分比为0.1%-2%。
优选的，所述高分子粉末包括但不限于以下粉末的一种或几种的组合或其改性粉末：尼龙、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乳酸、聚乙交酯-丙交酯共聚物、聚醚醚酮、聚己内酯、聚氨酯、聚乙烯醇、环氧树脂、酚醛树脂、ABS树脂、石蜡。
优选的，所述高分子粉末颗粒的粒径为20-100μm。
优选的，所述激光吸收剂为掺杂半导体材料。
优选的，所述掺杂半导体材料为锡、锑、铟、钇、铒、锌、铝、砷、镓 元素组成的化合物。
优选的，所述化合物为掺铝氧化锌、掺锡氧化铟、掺铜氧化锡、掺锑氧化锡、掺镍氧化锡、掺钙氧化锡、掺硅氧化锡、掺铝氧化锌、掺铒氧化钇中的一种或几种组合。
优选的，所述流动助剂为纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米氧化钙、纳米氧化铝、纳米氧化钛中的一种或几种组合。
优选的，所述抗氧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。
优选的，所述受阻酚类抗氧剂为1,3,5-三甲基-2,4,6(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组合，其用量为复合抗氧剂总重量的60-80%；所述亚磷酸酯类抗氧剂为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组合，其用量为复合抗氧剂总重量的20-40%。
一种用于SLS的高分子复合粉末材料的制备方法，包含以下步骤：
（a）、将高分子粉末加至立式机械搅拌器内；
（b）、往搅拌器内添加激光吸收剂、流动助剂和抗氧剂，并搅拌均匀；
（c）、过150目筛，得到高分子复合粉末材料。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：这种用于SLS的高分子复合粉末材料及其制备方法工艺简便、环境友好、容易实施，能够得到具有优良成型性能的高分子复合粉末材料，并且本发明制备的高分子复合粉末材料可使用光纤激光器进行SLS成形，制件精度得到了有效的改善，有效促进了SLS技术在各领域的应用发展，经SLS技术成型得到的制件具备优良的理化性能、力学性能及外观质量，可满足众多领域SLS制件的需求。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是采用本发明公开的方法制备的高分子复合粉末材料的形貌图；
图2是以本发明制备的高分子复合粉末材料为成型材料制得的制件的微观形貌图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
一种用于SLS的高分子复合粉末材料，包含以下组分：高分子粉末、激光吸收剂、流动助剂和抗氧剂，其中高分子粉末占总体质量百分比为85%-99%、激光吸收剂占总体质量百分比为0.1%-10%、流动助剂占总体质量百分比为0.1%-3%、抗氧剂占总体质量百分比为0.1%-2%。所述高分子粉末颗粒的粒径为20-100μm，该高分子粉末包括但不限于以下粉末的一种或几种的组合或其改性粉末：尼龙、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乳酸、聚乙交酯-丙交酯共聚物、聚醚醚酮、聚己内酯、聚氨酯、聚乙烯醇、环氧树脂、酚醛树脂、ABS树脂、石蜡。所述激光吸收剂为掺杂半导体材料，该掺杂半导体材料为锡、锑、铟、钇、铒、锌、铝、砷、镓 元素组成的化合物，优选掺铝氧化锌、掺锡氧化铟、掺铜氧化锡、掺锑氧化锡、掺镍氧化锡、掺钙氧化锡、掺硅氧化锡、掺铝氧化锌、掺铒氧化钇中的一种或几种组合。所述抗氧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，其中所述受阻酚类抗氧剂为1,3,5-三甲基-2,4,6(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组合，其用量为复合抗氧剂总重量的60-80%；所述亚磷酸酯类抗氧剂为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组合，其用量为复合抗氧剂总重量的20-40%。以上组分通过搅拌、过筛，即得到可使用光纤激光器进行SLS成形的高分子复合粉末材料。
其具体实施方式如下，
实施例1：
对尼龙12粉末进行提前干燥处理，将1000 g尼龙12粉末加入到立式机械搅拌器中，而后依次加入激光吸收剂30 g、流动助剂2 g、抗氧剂2 g，搅拌混合1.5 h，取出混合均匀的高分子复合粉末过150目筛，即得到可用光纤激光器进行SLS成形的尼龙复合粉末材料。所得复合粉末材料形貌图见图1，图中可见高分子粉末颗粒上均黏附有细小颗粒，说明该方法可以制得混合均匀的复合粉末材料。以该复合粉末材料为成型材料，烧结工艺参数为：光纤激光器功率4W，扫描速度1000 mm/s，烧结间距0.1 mm，烧结层厚0.1 mm，所得成型件表面形貌图见图2，图中可见复合粉末材料在光纤激光器的辐照下能有效融化并粘结成型，说明制得的高分子复合粉末材料可使用光纤激光器进行SLS成形。
实施例2：
对聚苯乙烯粉末进行提前干燥处理，将1000 g聚苯乙烯粉末加入到立式机械搅拌器中，而后依次加入激光吸收剂20 g、流动助剂2 g、抗氧剂3 g，搅拌混合1.5 h，取出混合均匀的高分子复合粉末过150目筛，即得到可用光纤激光器进行SLS成形的聚苯乙烯复合粉末材料。
这种用于SLS的高分子复合粉末材料及其制备方法工艺简便、环境友好、容易实施，能够得到具有优良成型性能的高分子复合粉末材料，并且本发明制备的高分子复合粉末材料可使用光纤激光器进行SLS成形，制件精度得到了有效的改善，有效促进了SLS技术在各领域的应用发展，经SLS技术成型得到的制件具备优良的理化性能、力学性能及外观质量，可满足众多领域SLS制件的需求。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于SLS的高分子复合粉末材料，其特征是，包含以下组分：高分子粉末、激光吸收剂、流动助剂和抗氧剂，其中高分子粉末占总体质量百分比为85%-99%、激光吸收剂占总体质量百分比为0.1%-10%、流动助剂占总体质量百分比为0.1%-3%、抗氧剂占总体质量百分比为0.1%-2%。
2.根据权利要求1所述的用于SLS的高分子复合粉末材料，其特征是，所述高分子粉末包括但不限于以下粉末的一种或几种的组合或其改性粉末：尼龙、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乳酸、聚乙交酯-丙交酯共聚物、聚醚醚酮、聚己内酯、聚氨酯、聚乙烯醇、环氧树脂、酚醛树脂、ABS树脂、石蜡。
3.根据权利要求1或2所述的用于SLS的高分子复合粉末材料，其特征是，所述高分子粉末颗粒的粒径为20-100μm。
4.根据权利要求1所述的用于SLS的高分子复合粉末材料，其特征是，所述激光吸收剂为掺杂半导体材料。
5.根据权利要求4所述的用于SLS的高分子复合粉末材料，其特征是，所述掺杂半导体材料为锡、锑、铟、钇、铒、锌、铝、砷、镓元素组成的化合物。
6.根据权利要求5所述的用于SLS的高分子复合粉末材料，其特征是，所述化合物为掺铝氧化锌、掺锡氧化铟、掺铜氧化锡、掺锑氧化锡、掺镍氧化锡、掺钙氧化锡、掺硅氧化锡、掺铝氧化锌、掺铒氧化钇中的一种或几种组合。
7.根据权利要求1所述的用于SLS的高分子复合粉末材料，其特征是，所述流动助剂为纳米二氧化硅、纳米碳化硅、纳米氧化钙、纳米氧化铝、纳米氧化钛中的一种或几种组合。
8.根据权利要求1所述的用于SLS的高分子复合粉末材料，其特征是，所述抗氧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。
9.根据权利要求8所述的用于SLS的高分子复合粉末材料，其特征是，所述受阻酚类抗氧剂为1,3,5-三甲基-2,4,6(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组合，其用量为复合抗氧剂总重量的60-80%；所述亚磷酸酯类抗氧剂为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组合，其用量为复合抗氧剂总重量的20-40%。
10.一种用于SLS的高分子复合粉末材料的制备方法，其特征是，包含以下步骤：
（a）、将高分子粉末加至立式机械搅拌器内；
（b）、往搅拌器内添加激光吸收剂、流动助剂和抗氧剂，并搅拌均匀；
（c）、过150目筛，得到高分子复合粉末材料。
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