CN105860514A - 一种用于sls的增韧材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及SLS增韧材料技术领域，具体涉及一种用于SLS的增韧材料及其制备方法。一种用于SLS的增韧材料，由以下质量百分比的原料组成：尼龙树脂95‑98%，流动助剂0.1‑1%，抗氧剂0.3‑1.5%，增韧改性材料0.5‑4%，上述组分的混合总和百分比为100%，通过混合制备得到增韧材料，冲击强度及断裂伸长率有较大提升，能更多的满足选择性激光烧结成型件作为终端产品直接使用的性能要求，制备工艺简单，环保无污染。

Description

一种用于SLS的增韧材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及SLS增韧材料技术领域，具体涉及一种用于SLS的增韧材料及其制备方法。

背景技术

在选择性激光烧结技术(SeleCtiveLaserSintering，简称SLS)是目前一种被广泛应用的快速成型技术，其成型工艺原理是：以数字模型文件为基础，首先建立目标零件的计算机三维模型，然后用分层软件将三维模型进行切片处理，得到每一个加工层面的数据信息，在计算机控制下，根据切片层面信息，利用激光束对可热熔的粉末材料逐层扫描烧结，最终完成目标零件的加工制造。其核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合。SLS技术可应用的材料范围非常宽，包括聚合物、金属及陶瓷等。

在选择性激光烧结工艺中，粉末材料是影响制件性能的关键因素。由于聚合物材料与金属和陶瓷材料相比，具有成型温度低、烧结功率小等优点，从而成为目前应用最多的SLS材料。尼龙类树脂材料是一种半结晶聚合物，具有良好的烧结性能及较低的熔融粘度，能由SLS直接成型致密度较高、力学性能较好的功能零件，成为目前应用最为广泛的SLS成型材料之一。

但该类材料韧性较低，通过SLS技术所成型产品不能满足某些成型件机械性能测试要求或者直接作为最终产品使用的性能需求。现有技术是通过添加一些碳纤维、矿物纤维、玻璃微珠等增韧材料对树脂材料进行改性，如碳纤维增强的树脂基粉末材料，其选择性激光烧结制件具有高强度、高模量、耐磨损等特点。但由于碳纤维是脆性材料，韧性较差，使所得选择性激光烧结制件的韧性大大降低，不能满足某些作为终端产品的使用性能需求。且由于纤维对人体的皮肤有强烈刺激作用，使得在实际中难以广泛应用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种用于SLS的增韧材料，冲击强度及断裂伸长率有较大提升，能更多的满足选择性激光烧结成型件作为终端产品直接使用的性能要求。

本发明的另一发明目的在于提供一种用于SLS的增韧材料的制备方法，制备工艺简单，环保无污染。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种用于SLS的增韧材料，由以下质量百分比的原料组成：

尼龙树脂 95-98%

流动助剂 0.1-1%

抗氧剂 0.3-1.5%

镍钛黄或镍钛橙 0.5-4%

其他助剂 0-10%，上述组分的混合总和百分比为100%。

进一步的，所述增韧改性材料为镍钛黄或镍钛橙粉末。镍钛黄和镍钛橙是一种耐高温、环保无毒、耐气候、耐酸碱、遮盖力高、抗粉化的常用添加颜料，本发明通过添加镍钛黄或镍钛橙与尼龙树脂混合，能起到良好的增韧效果。

得到的尼龙增韧材料断裂伸长率比纯尼龙至少提高50%，无缺口冲击强度提高至少300%，提供了良好的加工韧性。

增韧改性材料的质量分数过低，使得材料增韧效果不明显，若质量分数过高，则最终制得的激光烧结件强度降低，并且会影响成型件表面的粗糙度。

传统的尼龙材料会添加石墨作为改性助剂，但是若使用添加有石墨的尼龙粉末用于SLS加工工艺，则得到的3D制件变形严重，打印制件的尺度精度降低。不能满足优良的打印效果。

其中，所述尼龙树脂为尼龙1212、尼龙12、尼龙6、尼龙66、尼龙11中任一种。

其中，所述尼龙树脂为粉末颗粒，粒径为20-120μm。在选择性激光烧结成型工艺过程中，粉末粒径分布对烧结过程中的铺粉和成型件表面质量产生较大的影响。当粉末粒径过小时，粉末颗粒之间的摩擦力增大,粘着力变大,流动性变差，不利于铺粉，且导致成型件空洞太多；当粉末粒径过大时，铺粉不均匀，铺粉过程会产生刮痕，且成型件表面粗糙。实验表明，粉末粒径分布在20-120μm，粉末具有良好的流动性，有利于铺粉。

优选的，所述尼龙粉末颗粒的粒径为35-90μm，并且粉末颗粒呈正态分布，粉末形貌为球形或椭球形颗粒的树脂基粉末具有良好的流动性,有利于铺粉和烧结地顺利完成。

其中，所述镍钛黄或镍钛橙粉末的粒径为2-120μm。镍钛黄或镍钛橙的粒径对增韧效果有较大的影响，粉末粒径过大，则无法与尼龙树脂很好地混合接触，起不到增韧的效果，因此优选镍钛黄或镍钛橙粉末的粒径为2-120μm。

本发明优选使用镍钛黄作为本发明的增韧改性材料，能起到优异的增韧效果，尤其在无缺口冲击强度的体现上，比纯尼龙材料提高5倍左右。

其中，所述流动助剂为气相二氧化硅、气相二氧化铝、纳米氧化钛、纳米碳化硅中的一种或几种的组合。流动助剂的添加能提高材料的加工流动性，有效改善材料产品的表面粗糙度。

其中，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂。抗氧剂的添加可以提高材料的抗氧化性能，提高烧结加工件的材料平整度，优选使用抗氧剂3026与抗氧剂9228按质量比1:1混合制得的混合抗氧剂，其整体材料的加工材料性能较好。

其中，所述其他助剂为陶瓷颗粒、玻璃微珠、玻璃纤维或碳纤维中的一种或几种组合的材料。无机填料的添加量过大，即若一般超过10%的无机填料，会影响材料的力学性能，所以添加量只能越小越好。

一种用于SLS的增韧材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、按照质量百分比称取原料备用，取占尼龙树脂总重量15-25%的尼龙树脂与流动助剂、抗氧剂和增韧改性材料搅拌混合得到引粉材料；

步骤二、将引粉材料与剩余的尼龙树脂搅拌混合30-50min即可得到增韧材料。

本发明的有益效果在于：本发明制得的尼龙材料应用在SLS烧结成型件上，其成型件在韧性上，特别是冲击强度及断裂伸长率等有较大提升，能更多的满足选择性激光烧结成型件作为终端产品直接使用的性能要求。

本发明的另一有益效果在于：本发明制备工艺简单，环保无污染。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1

一种用于SLS的增韧材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取各材料备用，其中各组分质量百分比分别为：尼龙6粉末98%，气相二氧化硅0.5%，镍钛黄1%，抗氧剂9228 0. 5%，取15%的尼龙树脂与气相二氧化硅、抗氧剂9228和镍钛黄混合利用高速搅拌器搅拌，确保气相二氧化硅完全打碎充分混合，得到引粉材料；其中，尼龙6粉末的粒径为20μm，镍钛黄粉末的粒径为2μm。

步骤二、利用V型搅拌器将引粉材料与剩余的尼龙树脂充分搅拌混合30min即可得到增韧材料。

实施例2

一种用于SLS的增韧材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取各材料备用，其中各组分质量百分比分别为：尼龙1212粉末95%，气相二氧化硅0.1%，镍钛橙3%，抗氧剂9228 0. 9%，取18%的尼龙树脂与气相二氧化硅、抗氧剂3026和镍钛橙混合利用高速搅拌器搅拌，确保气相二氧化硅完全打碎充分混合，得到引粉材料；其中，尼龙1212粉末的粒径为35μm，镍钛黄粉末的粒径为50μm。

步骤二、利用V型搅拌器将引粉材料与剩余的尼龙树脂充分搅拌混合45min即可得到增韧材料。

实施例3

一种用于SLS的增韧材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取各材料备用，其中各组分质量百分比分别为：尼龙12粉末95%，气相二氧化硅1%，镍钛黄2.7%，抗氧剂9228和抗氧剂3026按质量比1:1的混合抗氧剂 0. 3%，玻璃纤维1%，取18%的尼龙树脂与气相二氧化硅、抗氧剂9228、抗氧剂3026和镍钛黄混合利用高速搅拌器搅拌，确保气相二氧化硅完全打碎充分混合，得到引粉材料；其中，尼龙12粉末的粒径为80μm，镍钛黄粉末的粒径为80μm。

步骤二、利用V型搅拌器将引粉材料与剩余的尼龙树脂充分搅拌混合50min即可得到增韧材料。

实施例4

一种用于SLS的增韧材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取各材料备用，其中各组分质量百分比分别为：尼龙11粉末95%，气相二氧化硅0.1%，镍钛黄1.4%，抗氧剂9228 1. 5%，陶瓷颗粒取2%20%的尼龙树脂与气相二氧化硅、抗氧剂9228和镍钛黄混合利用高速搅拌器搅拌，确保气相二氧化硅完全打碎充分混合，得到引粉材料；其中，尼龙11粉末的粒径为100μm，镍钛黄粉末的粒径为100μm。

步骤二、利用V型搅拌器将引粉材料与剩余的尼龙树脂充分搅拌混合35min即可得到增韧材料。

实施例5

一种用于SLS的增韧材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、称取各材料备用，其中各组分质量百分比分别为：尼龙66粉末97%，气相二氧化硅0.1%，镍钛黄1.4%，抗氧剂9228 1. 5%，取20%的尼龙树脂与气相二氧化硅、抗氧剂9228和镍钛黄混合利用高速搅拌器搅拌，确保气相二氧化硅完全打碎充分混合，得到引粉材料；其中，尼龙66粉末的粒径为120μm，镍钛黄粉末的粒径为120μm。

步骤二、利用V型搅拌器将引粉材料与剩余的尼龙树脂充分搅拌混合40min即可得到增韧材料。

对比例1：称取质量百分比为99%的尼龙6和1%的石墨颗粒，利用高速搅拌器搅拌混合制得尼龙材料，测试其力学性能。

对比例2：取纯尼龙6粉制得的材料测试其力学性能。

实施例1-5及对比例1-2的材料经SLS加工后制件的力学性能如下表所示：

从上述的表格数据可以看出，添加了1%石墨的尼龙6的缺口冲击强度和无缺口冲击强度都比纯尼龙6的要高，但是其断裂伸长率有所降低。而本发明主要以镍钛黄作为增韧改性材料，增韧效果显著，制备工艺简单，得到的产品尤其适合SLS制件工艺。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于SLS的增韧材料，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：

尼龙树脂 95-98%

流动助剂 0.1-1%

抗氧剂 0.3-1.5%

镍钛黄或镍钛橙 0.5-4%

其他助剂 0-10%，上述组分的混合总和百分比为100%。

2.根据权利要求1所述的一种用于SLS的增韧材料，其特征在于：所述尼龙树脂为尼龙1212、尼龙6、尼龙66、尼龙11中任一种。

3.根据权利要求1所述的一种用于SLS的增韧材料，其特征在于：所述尼龙树脂为粉末颗粒，粒径为20-120μm。

4.根据权利要求3所述的一种用于SLS的增韧材料，其特征在于：所述尼龙粉末颗粒的粒径为35-90μm。

5.根据权利要求4所述的一种用于SLS的增韧材料，其特征在于：所述镍钛黄或镍钛橙粉末的粒径为2-120μm。

6.根据权利要求1所述的一种用于SLS的增韧材料，其特征在于：所述流动助剂为气相二氧化硅、气相二氧化铝、纳米氧化钛、纳米碳化硅中的一种或几种的组合。

7.根据权利要求1所述的一种用于SLS的增韧材料，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂。

8.根据权利要求1所述的一种用于SLS的增韧材料，其特征在于：所述其他助剂为陶瓷颗粒、玻璃微珠、玻璃纤维或碳纤维中的一种或几种组合的材料。

9.权利要求1-7任一项所述一种用于SLS的增韧材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、按照质量百分比称取原料备用，取占尼龙树脂总重量15-25%的尼龙树脂与流动助剂、抗氧剂和增韧改性材料搅拌混合得到引粉材料；

步骤二、将引粉材料与剩余的尼龙树脂搅拌混合30-50min即可得到增韧材料。