CN105860521A - 一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料及其制备方法 - Google Patents

一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种聚酰亚胺技术领域,具体为一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料及其制备方法;按重量份包括以下成分:聚酰亚胺树脂90~98、流动助剂1~5、光吸收剂1~5,具体步骤为:(1)在常温下将聚酰亚胺树脂加入至混合搅拌器内;(2)添加流动助剂、光吸收剂进行搅拌使搅拌达到均匀;(3)过筛,其中筛网为120目筛;(4)得到基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料;本发明提供的是一种无定形耐热高分子材料,具有较高的玻璃化转变温度和热分解温度,烧结预热温度较PEEK低、工艺控制简单,在用于SLS成型时,在保证优良力学性能、高精度及优良成型效果的同时,具有较高的耐热性,改善了SLS制件综合性能,适用于对制件热性能要求高的制造领域。

Description

一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚酰亚胺技术领域,具体为一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料及其制备方法。
背景技术
选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)技术是上世纪九十年代发展起来的一项高新技术,它集成了现代数控技术、CAD/CAM技术、激光技术及新材料等领域的新成果。选择性激光烧结成型技术主要由以下步骤组成:(1)在计算机中建立制品的三维实体CAD模型,然后用分层软件进行分层处理,得到每一加工层面信息,并将其转化为电信号控制激光扫描系统工作;(2)在成型工作台面上铺设一层致密均匀的成型粉末材料激光束在计算机控制下根据切片层面信息对成型粉末材料进行扫描烧结,被激光束照射的粉末熔化并在随后的冷却过程中粘接在一起,完成第一个层面的加工;(3)逐层铺粉,逐层扫描烧接,采用上述叠加成形法,最后制造出三维实体零件。采用SLS技术成功解决了计算机辅助设计中三维造型的“看得见,摸不着”的问题。快速制造出实物模型,缩短了产品开发周期。
目前用于SLS技术的高分子粉末材料有:聚苯乙烯(PS)粉末、尼龙(PA)粉末、ABS粉末、聚醚醚酮(PEEK)粉末等。其中PEEK材料)是一种半结晶性热塑型树脂,它因为良好的机械性能和热稳定性被应用于医疗、航空等领域。也是目前激光烧结主要采用的一种耐热高分子材料。但PEEK的玻璃化转变温度(Tg)为143℃,熔点(Tm)范围在330~350℃,其结构特点决定此类材料存在不足:烧结预热温度高达300℃以上,工艺控制难度高,这对SLS设备提出了高要求,限制了此类材料的应用。
发明内容
发明的目的在于克服SLS用耐热性高分子材料PEEK存在的技术缺陷,提供一种用于选择性激光烧结的耐热性PI材料及其制备方法,该材料在保证优良力学性能及成型效果的同时,操作工艺简单、提供高耐热性的SLS 制件,可适用于航空航天、医疗等对制件强度、耐热性要求高的制造领域,以下为具体技术方案:
一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料,按重量份包括以下成分:
聚酰亚胺树脂90~98、流动助剂1~5、光吸收剂1~5。
进一步的,聚酰亚胺树脂为中国万达集团生产的型号为WD12的聚酰亚胺树脂。
进一步的,流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。
进一步的,光吸收剂包括二苯甲酮类光吸收剂、苯并三唑类光吸收剂、受阻胺类光吸收剂。
进一步的,光吸收剂包括二苯甲酮类光吸收剂。
进一步的,二苯甲酮类光吸收剂为2,4-二羟基二苯酮、2-二羟基-4-甲氧基二苯酮、2-羟基-4-辛氧基二苯酮中的一种或几种。
其中,一种基于选择性烧结的聚酰亚胺粉末材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)在常温下将聚酰亚胺树脂加入至混合搅拌器内;
(2)添加流动助剂、光吸收剂进行搅拌使搅拌达到均匀;
(3)过筛,其中筛网为120目筛;
(4)得到基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料。
有益效果:本发明提供一种用于选择性激光烧结的聚酰亚胺(PI)材料,是一种无定形耐热高分子材料,具有较高的玻璃化转变温度(Tg在250℃以上)和热分解温度(450℃以上),用于选择性激光烧结,烧结预热温度较PEEK低、工艺控制简单,在用于SLS成型时,在保证优良力学性能、高精度及优良成型效果的同时,提供了较高的耐热性,有效改善了SLS制件综合性能,尤其适用于对制件热性能要求高的制造领域。
具体实施方式
一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料,按重量份包括以下成分:
聚酰亚胺树脂90~98、流动助剂1~5、光吸收剂1~5。
进一步的,聚酰亚胺树脂为中国万达集团生产的型号为WD12的聚酰亚胺树脂。
进一步的,流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。
进一步的,光吸收剂包括二苯甲酮类光吸收剂、苯并三唑类光吸收剂、受阻胺类光吸收剂。
进一步的,光吸收剂包括二苯甲酮类光吸收剂。
进一步的,二苯甲酮类光吸收剂为2,4-二羟基二苯酮、2-二羟基-4-甲氧基二苯酮、2-羟基-4-辛氧基二苯酮中的一种或几种。
其中,一种基于选择性烧结的聚酰亚胺粉末材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)在常温下将聚酰亚胺树脂加入至混合搅拌器内;
(2)添加流动助剂、光吸收剂进行搅拌使搅拌达到均匀;
(3)过筛,其中筛网为120目筛;
(4)得到基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料。
实施例1
取PI树脂11.4Kg,纳米二氧化硅360g,纳米氧化钙180g, 2,4-二羟基二苯酮60g,放入混合搅拌器中,搅拌均匀,过120目筛。即得择性激光烧结的PI粉末材料。
在SLS 成形设备带上成形上述所得PI粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度1800mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度260℃。将所得SLS成形件按ASTM 标准进行性能测试,测试结果为:拉伸强度102MPa,弯曲强度176MPa,无缺口冲击强度31KJ/m2,热变形温度274℃。
实施例2
称取PI树脂11.76Kg,纳米二氧化硅144g, 2,4-二羟基二苯酮48g、2-二羟基-4-甲氧基二苯酮48g,放入混合搅拌器中,搅拌均匀,过120目筛。即得择性激光烧结的PI粉末材料。
在SLS 成形设备上成形上述所得PI粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度1800mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度260℃。将所得SLS成形件按ASTM 标准进行性能测试,测试结果为:拉伸强度107MPa,弯曲强度184 MPa,无缺口冲击强度37 KJ/m2 ,热变形温度267℃。
实施例3
称取PI树脂14.7Kg,纳米氧化钙100g,纳米氧化铝50g, 2-二羟基-4-甲氧基二苯酮150g ,放入混合搅拌器中,搅拌均匀,过120目筛。即得择性激光烧结的PI粉末材料。
在SLS 成形设备上成形上述所得PI粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度1800mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度260℃。将所得SLS成形件按ASTM 标准进行性能测试,测试结果为:拉伸强度109MPa,弯曲强度179 MPa,无缺口冲击强度41 KJ/m2 ,热变形温度264℃。
实施例4
称取PI树脂14.4Kg,纳米二氧化硅400g,纳米二氧铝50g, 2,4-二羟基二苯酮50g、2-羟基-4-辛氧基二苯酮100g ,放入混合搅拌器中,搅拌均匀,过120目筛。即得择性激光烧结的PI粉末材料。
在SLS 成形设备上成形上述所得PI粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度1800mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度260℃。将所得SLS成形件按ASTM 标准进行性能测试,测试结果为:拉伸强度98MPa,弯曲强度169 MPa,无缺口冲击强度38K J/m2 ,热变形温度271℃。
实施例5
称取PI树脂11.76Kg,纳米二氧化硅144g, 2-二羟基-4-甲氧基二苯酮96g ,放入混合搅拌器中,搅拌均匀,过120目筛。即得择性激光烧结的PI粉末材料。
在SLS 成形设备AMA600上成形上述所得PI粉末材料,制备工艺参数为:激光功率50W,扫描速度1800mm/s,烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度260℃。将所得SLS成形件按ASTM 标准进行性能测试,测试结果为:拉伸强度104MPa,弯曲强度181 MPa,无缺口冲击强度35 KJ/m2 ,热变形温度262℃。

Claims (7)

1.一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料,其特征在于,所述的聚酰亚胺粉末按重量份包括以下成分:
聚酰亚胺树脂90~98、流动助剂1~5、光吸收剂1~5。
2.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料,其特征在于,所述的聚酰亚胺树脂为型号WD12的聚酰亚胺树脂。
3.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料,其特征在于,所述的流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料,其特征在于,所述的光吸收剂包括二苯甲酮类光吸收剂、苯并三唑类光吸收剂、受阻胺类光吸收剂。
5.根据权利要求1或3所述的一种基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料,其特征在于,所述的光吸收剂包括二苯甲酮类光吸收剂。
6.根据权利要求4所述的一种基于选择性烧结的聚酰亚胺粉末材料,其特征在于,所述的二苯甲酮类光吸收剂为2,4-二羟基二苯酮、2-二羟基-4-甲氧基二苯酮、2-羟基-4-辛氧基二苯酮中的一种或几种。
7.一种基于选择性烧结的聚酰亚胺粉末材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
在常温下将聚酰亚胺树脂加入至混合搅拌器内;
添加流动助剂、光吸收剂进行搅拌使搅拌达到均匀;
过筛,其中筛网为120目筛;
得到基于选择性激光烧结的聚酰亚胺粉末材料。
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