CN105524429A - 一种3d打印用聚芳酯粉末材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印用聚芳酯粉末材料，其特征在于具有聚芳酯包覆碳微球的结构，原料组分按重量份计包括：聚芳酯60~80重量份，碳微球20~30重量份，硼酸铝晶须10~20重量份，偶联剂0.2~0.5重量份，热稳定剂0.1-0.3份，助流剂0.2~2重量份；通过将聚芳酯包裹在多孔碳微球表面从而获得一种高流动性的粉末，能满足3D打印SLS技术对粉体材料的要求。进一步选用多孔的碳微球，通过均质机和磨盘作用下使聚芳酯牢固镶嵌在碳微球表面，得到球形3D打印用聚芳酯粉末材料流动性好，满足3D打印SLS技术对材料的要求。大幅拓展了聚芳酯在3D打印领域的应用。

Description

一种3D打印用聚芳酯粉末材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚芳酯复合材料及其制备方法，更具体的说，本发明涉及一种3D打印用聚芳酯复合材料粉体及其制备方法，属于3D打印材料领域。

背景技术

3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，又称作增材制造，其制造快速，可完全再现三维效果，使产品设计和模具生产同步进行，实现设计制造一体化。可用于3D打印设备上使用的材料种类广泛，包括金属材料、无机粉体材料、陶瓷材料、高分子材料、蜡、纸等。

目前，用于高分子材料快速成型的3D打印设备所用技术主要有：熔融层积成型技术（FDM），其用于丝状的热熔性塑料；选区激光烧结技术（SLS），其用于粉末状材料的快速成型，是适用材料最多的一种3D打印技术；立体光固化成型技术（SLA），其主要用于光敏树脂的成型，原料为液态树脂。

SLS技术是适用材料最多的一种3D打印技术，且具有加工成本低、时间短的特点，是应用最广泛的的一种3D技术。SLS技术及设备采用发射聚焦于目标区域的能量的激光。在生产部件的目标区域内在由激光所发射的能量的作用下部分熔融或软化的粉末材料。操作时粉末所接受照射的激光能量的数量应足以快速形成部件薄片，因而在实施激光照射前必须将目标化境进行加热，将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则可以得到一烧结好的零件。

　聚芳酯(PAR)又称芳香族聚酯，是分子主链上带有芳香族环和酯键的热塑性特种工程塑料，是一种无定形的、透明的聚合物。聚芳酯酯键两端均连接苯环，使主链结构中含有大量的芳环，因而具有优异的耐热性（热变形温度175℃，玻璃化温度193℃，分解温度443℃，成型温度300~350℃）和良好的力学性能；此外，它还具有优良的耐紫外线屏蔽性、耐冲击性、表面硬度和耐蠕变性能，在航空航天、电子电器、汽车及机械行业、医用品和日用品等行业具有广泛的应用。聚芳酯是非结晶性高分子化合物，能用热塑性塑料的方法成型，但熔融流动性较差；聚芳酯耐酸、耐油，但耐碱、耐应力开裂性、耐芳烃和酮类的性能不够理想。聚芳酯的这些缺陷限制了其在众多领域的应用与发展，因此往往对其改性处理，主要包括引入特殊基团或原子的化学改性、玻纤增强、及与其他聚合物形成合金，如PAR/PET、PAR/PA、PAR/PC等。

　聚芳酯为非结晶性聚合物，熔融温度高（300~350℃），熔体流动性差，耐应力开裂性差等制约了其在3D打印材料上的应用。因此，开发一种粉末状的聚芳酯，对满足3D打印SLS技术需求具有重要意义。

发明内容

为了实现聚芳酯3D打印技术要求，本发明提出一种3D打印用聚芳酯粉末材料，该聚芳酯粉末通过将聚芳酯包裹在多孔碳微球表面从而获得一种高流动性的粉末，能满足3D打印SLS技术对粉体材料的要求。进一步提供3D打印用聚芳酯粉末材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

1．一种3D打印用聚芳酯粉末材料，其特征在于具有聚芳酯包覆碳微球的结构，原料组分按重量份计包括：

聚芳酯60~80重量份，

碳微球20~30重量份，

硼酸铝晶须10~20重量份，

偶联剂0.2~0.5重量份，

热稳定剂0.1-0.3重量份，

助流剂0.2~2重量份；

所述的聚芳酯数均分子量为40000~100000，聚芳酯经过封端剂进行封端处理，所述的封端剂为苯酚、甲基苯酚、苯甲酸、甲基苯甲酸；所述的硼酸铝晶须直径为0.5~2μm，长度为10~40μm；所述的碳微球为粒径在50-100μm的多孔碳微球。

所述的偶联剂为三（十二烷基苯磺酰基）钛酸异丙酯、三（二辛基焦磷酰氧基）钛酸异丙酯、三异硬脂酸基钛酸异丙酯。

所述的热稳定剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三（壬基苯基）酯中的一种。

所述的助流剂为粒度为5~10μm的滑石粉或硫酸钡中的一种。

一种3D打印用聚芳酯粉末材料的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：

1）将60~80重量份聚芳酯、10~20重量份硼酸铝晶须、0.2~0.5重量份偶联剂、0.5~2重量份助流剂加入到高速混合机中，在150-200℃条件下混合均匀，送入啮合同向双螺杆挤出机熔融，在双螺杆机机头串联高压均质机，将碳微球泵入均质机，在高压作用下熔融的聚芳酯包覆在碳微球表面，从均质机出口以喷射状喷出；

2）将喷射得到的物料与热稳定剂0.1-0.3份送入圆盘研磨机研磨，通过研磨盘之间的碾压使聚芳酯逐渐渗透碳微球的微孔，并牢镶嵌至碳微球表面，通过上磨盘旋转达到研磨和滚球成型，得到球形3D打印用聚芳酯粉末材料。

本发明一种3D打印用聚芳酯粉末材料及其制备方法，通过将聚芳酯包裹在多孔碳微球表面从而获得一种高流动性的粉末，能满足3D打印SLS技术对粉体材料的要求。进一步选用多孔的碳微球，通过均质机和磨盘作用下使聚芳酯牢固镶嵌在碳微球表面，得到球形3D打印用聚芳酯粉末材料。

本发明具有以下的突出特点和有益效果：

1、本发明聚芳酯粉末材料具有聚芳酯包裹碳微球的就够，改善了聚芳酯的耐应力开裂性，提高复合材料热氧稳定性。

2、本发明通过均质机和磨盘使聚芳酯牢固镶嵌在碳微球表面，得到球形3D打印用聚芳酯粉末材料，流动性好，满足3D打印SLS技术对材料的要求。

3、本发明克服了通过溶剂制备污染大的缺陷，生产工艺简短，成本低廉。大幅拓展了聚芳酯在3D打印领域的应用。

具体实施方案

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种3D打印用聚芳酯粉末材料，原料组分按重量份计包括：

聚芳酯60重量份，

碳微球20重量份，

硼酸铝晶须10重量份，

偶联剂0.2重量份，

热稳定剂0.1重量份，

助流剂0.2重量份；

聚芳酯经过苯酚封端剂进行封端处理；硼酸铝晶须直径为0.5~2μm，长度为10~40μm；碳微球为粒径在50-100μm；的偶联剂为三（十二烷基苯磺酰基）钛酸异丙酯；热稳定剂为亚磷酸三苯酯；助流剂为粒度为5~10μm的滑石粉。

制备方法包括以下步骤：

1）将聚芳酯、硼酸铝晶须、偶联剂、助流剂加入到高速混合机中，在150-200℃条件下混合均匀，送入啮合同向双螺杆挤出机熔融，在双螺杆机机头串联高压均质机，将碳微球泵入均质机，在高压作用下熔融的聚芳酯包覆在碳微球表面，从均质机出口以喷射状喷出；

2）将喷射得到的物料与热稳定剂送入圆盘研磨机研磨，通过研磨盘之间的碾压使聚芳酯逐渐渗透碳微球的微孔，并牢镶嵌至碳微球表面，通过上磨盘旋转达到研磨和滚球成型，得到球形3D打印用聚芳酯粉末材料。

实施例2

一种3D打印用聚芳酯粉末材料，原料组分按重量份计包括：

聚芳酯80重量份，

碳微球30重量份，

硼酸铝晶须20重量份，

偶联剂0.5重量份，

热稳定剂0.3重量份，

助流剂2重量份；

聚芳酯经过苯甲酸封端剂进行封端处理；硼酸铝晶须直径为0.5~2μm，长度为10~40μm；碳微球为粒径在50-100μm的多孔碳微球；的偶联剂为三异硬脂酸基钛酸异丙酯；热稳定剂为亚磷酸三苯酯；助流剂为粒度为5~10μm的硫酸钡。

制备方法包括以下步骤：

1）将聚芳酯、硼酸铝晶须、偶联剂、助流剂加入到高速混合机中，在150-200℃条件下混合均匀，送入啮合同向双螺杆挤出机熔融，在双螺杆机机头串联高压均质机，将碳微球泵入均质机，在高压作用下熔融的聚芳酯包覆在碳微球表面，从均质机出口以喷射状喷出；

2）将喷射得到的物料与热稳定剂送入圆盘研磨机研磨，通过研磨盘之间的碾压使聚芳酯逐渐渗透碳微球的微孔，并牢镶嵌至碳微球表面，通过上磨盘旋转达到研磨和滚球成型，得到球形3D打印用聚芳酯粉末材料。

实施例3

一种3D打印用聚芳酯粉末材料，原料组分按重量份计包括：

聚芳酯790重量份，

碳微球25重量份，

硼酸铝晶须15重量份，

偶联剂0.2重量份，

热稳定剂0.3重量份，

助流剂1重量份；

聚芳酯经过甲基苯甲酸封端剂进行封端处理；硼酸铝晶须直径为0.5~2μm，长度为10~40μm；碳微球为粒径在50-100μm的多孔碳微球；偶联剂为三（二辛基焦磷酰氧基）钛酸异丙酯；热稳定剂为亚磷酸三（壬基苯基）酯；助流剂为粒度为5~10μm的滑石粉。

制备方法包括以下步骤：

1）将聚芳酯、硼酸铝晶须、偶联剂、助流剂加入到高速混合机中，在150-200℃条件下混合均匀，送入啮合同向双螺杆挤出机熔融，在双螺杆机机头串联高压均质机，将碳微球泵入均质机，在高压作用下熔融的聚芳酯包覆在碳微球表面，从均质机出口以喷射状喷出；

2）将喷射得到的物料与热稳定剂送入圆盘研磨机研磨，通过研磨盘之间的碾压使聚芳酯逐渐渗透碳微球的微孔，并牢镶嵌至碳微球表面，通过上磨盘旋转达到研磨和滚球成型，得到球形3D打印用聚芳酯粉末材料。

Claims (5)

1.一种3D打印用聚芳酯粉末材料，其特征在于具有聚芳酯包覆碳微球的结构，原料组分按重量份计包括：

聚芳酯60~80重量份，

碳微球20~30重量份，

硼酸铝晶须10~20重量份，

偶联剂0.2~0.5重量份，

热稳定剂0.1-0.3重量份，

助流剂0.2~2重量份；

所述的聚芳酯数均分子量为40000~100000，聚芳酯经过封端剂进行封端处理，所述的封端剂为苯酚、甲基苯酚、苯甲酸、甲基苯甲酸；所述的硼酸铝晶须直径为0.5~2μm，长度为10~40μm；所述的碳微球为粒径在50-100μm的多孔碳微球。

2.根据权利要求1所述的一种3D打印用聚芳酯粉末材料，其特征在于：所述的偶联剂为三（十二烷基苯磺酰基）钛酸异丙酯、三（二辛基焦磷酰氧基）钛酸异丙酯、三异硬脂酸基钛酸异丙酯。

3.根据权利要求1所述的一种3D打印用聚芳酯粉末材料，其特征在于：所述的热稳定剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸三（壬基苯基）酯中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种3D打印用聚芳酯粉末材料，其特征在于：所述的助流剂为粒度为5~10μm的滑石粉或硫酸钡中的一种。

5.权利要求1~4任一项所述的一种3D打印用聚芳酯粉末材料的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：

1）将60~80重量份聚芳酯、10~20重量份硼酸铝晶须、0.2~0.5重量份偶联剂、0.5~2重量份助流剂加入到高速混合机中，在150-200℃条件下混合均匀，送入啮合同向双螺杆挤出机熔融，在双螺杆机机头串联高压均质机，将碳微球泵入均质机，在高压作用下熔融的聚芳酯包覆在碳微球表面，从均质机出口以喷射状喷出；

2）将喷射得到的物料与热稳定剂0.1-0.3份送入圆盘研磨机研磨，通过研磨盘之间的碾压使聚芳酯逐渐渗透碳微球的微孔，并牢镶嵌至碳微球表面，通过上磨盘旋转达到研磨和滚球成型，得到球形3D打印用聚芳酯粉末材料。