CN106832905A - 聚合物基微/纳米复合材料粉体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子领域，具体涉及一种聚合物基微/纳米复合材料粉体及其制备方法。本发明所解决的技术问题是提供一种聚合物基微纳米复合材料粉体，按质量配比计，将聚合物13～98份、无机功能粒子1～85份、抗氧剂1～2份通过固相力化学反应器碾磨，碾磨所得复合粉体经熔融挤出、深冷粉碎、过100～800目筛，然后在筛下物中加入其重量0.2～0.8％的流动助剂混匀，再过150～200目筛网，筛下物即为聚合物基微/纳米复合材料粉体。本发明所得聚合物基微/纳米复合材料粉体可适用于SLS技术，所得产品性能优良。

Description

聚合物基微/纳米复合材料粉体及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子领域，具体涉及一种聚合物基微/纳米复合材料粉体及其制备方法。
背景技术
3D打印是基于材料、机械、控制、计算机软件等多学科交叉的先进制造技术，体现绿色制造、智能制造和社会化制造的特点。目前，3D打印制备的产品被广泛应用于国防重大装备、航空航天、生物医疗、工业设计、通讯电子、汽车等高科技领域。欧美发达国家对此高度重视，认为该技术“将推动实现第三次工业革命”并被美国“时代周刊”列为“美国十个增长最快的工业”。鉴于此，各国实施了不同的战略布局和政策引导，比如我国的《国家中长期科技发展规划纲要(2006-2020)》、《信息化和工业化深度融合专项行动计划》，美国的《先进制造国家战略计划》以及欧盟的《3D打印标准化支持行动(SASAM)》等，全方位支持3D打印的科学技术创新和产业发展。
选择性激光烧结(selective laser sintering,简称SLS)作为一个重要的3D打印技术，基于离散/堆积成型原理，以激光作为加工热源在计算机控制下有选择的对金属或非金属粉末进行烧结快速形成三维制件，为实现模具制造的结构多样化、短周期、低费用提供了一条捷径，成为目前市场最具潜力的先进制造技术。高分子材料与陶瓷和金属材料相比，具有熔融温度低、加工条件温和、精度高等特点，是目前应用最为广泛的SLS材料。然而，可用于SLS加工的高分子原料种类太少，结构较单一，迫切需要研发高性价比、多功能的新型SLS加工用料。
聚合物基微/纳米复合材料由于无机颗粒特殊的自身性能和尺寸效应，可赋予聚合物优异的光、电、力、热等性能，成为当前用于SLS烧结新材料研究开发的热点。然而，对于聚合物基微/纳米复合材料，无机粒子在聚合物基体中的分散和界面作用力对材料的整体性能起着至关重要的作用。目前，用于制备SLS加工的聚合物基微/纳米复合材料粉体的方法主要包括机械共混、溶剂沉淀、熔融挤出-深冷粉碎等。机械共混就是简单的将聚合物和无机颗粒以粉体形式进行简单的机械混合，这种方法存在的问题较多：其一无机纳米粒子较大的表面能在聚合物基体中易发生团聚，无法生产性能均一稳定的复合材料；其二聚合物和无机粒子两者间存在一定的密度差，在SLS铺粉或运输的过程中可能会发生“沉析”现象；其三无机粒子粘附在聚合物表面，减弱体系对激光的吸收效率，影响烧结性能。溶剂沉淀法是将聚合物颗粒溶解到相应的溶剂中，然后在一定的条件下析出到无机纳米粒子表面。该方法虽然能够有效地将无机纳米粒子分散在聚合物基体中，但如果要求规模化生产，需要消耗大量的溶剂，造成环境污染。此外，针对不同的聚合物还要选定特定的溶剂和溶解方法。熔融挤出-深冷粉碎是目前一种比较简单、常用的复合材料粉体制备方法，该方法的优势就是能够将无机粒子包覆在聚合物基体中并能够实现SLS加工原料的规模化生产，但存在的问题就是单一的熔融挤出不能解决无机纳米粒子在聚合物中的分散问题，导致烧结制品的综合性能无法达到预期要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种适用于SLS的聚合物基微/纳米复合材料粉体及其制备方法。利用磨盘型固相力化学反应器(ZL95242817.2)在运转过程中对物料施加强大的压力，剪切应力和环向应力，实现微纳米无机粒子在聚合物基体中的良好分散；然后对碾磨粉体熔融挤出可实现聚合物对微纳米粒子的包覆，防止“沉析现象”产生；最后深冷粉碎利用强大冲击力将液化到脆化温度以下的粒子进行粉碎，从而得到了适用于SLS的聚合物基微/纳米复合材料粉体。
本发明提供了一种聚合物基微/纳米复合材料粉体，按质量配比计，将聚合物13～98份、无机功能粒子1～85份、抗氧剂1～2份通过固相力化学反应器碾磨，碾磨所得复合粉体经熔融挤出、深冷粉碎、过100～800目筛，然后在筛下物中加入其重量0.2～0.8％的流动助剂混匀，再过150～200目筛网，筛下物即为聚合物基微/纳米复合材料粉体。
优选的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体中，所述固相力化学反应器碾磨为ZL95242817.2中的固相力化学反应器。
优选的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体中，所述的聚合物为聚偏氟乙烯、尼龙12、尼龙11、尼龙6、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮或聚氨酯中的至少一种。
优选的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体中，所述无机功能粒子为碳纳米管、石墨烯、二氧化硅、氧化铝、羟基磷灰石、黏土、玻璃微珠、碳化硅、玻璃纤维、碳纤维、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、钛酸钡或氮化硼中的至少一种。
优选的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体中，所述无机功能粒子的粒径为10nm～80μm。
优选的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体中，所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成。
进一步的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体中，所述受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为7﹕3～9﹕1。
进一步的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体中，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)甲烷或2,2’-双(4-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的至少一种；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)或4,4’-联苯基双亚磷酸酯中的至少一种。
优选的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体中，所述流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米羟基磷灰石或纳米碳化硅中的至少一种。
本发明还提供了上述聚合物基微/纳米复合材料粉体的制备方法，包括以下步骤：首先将聚合物、无机功能粒子、抗氧剂置于固相力化学反应器中进行碾磨，碾磨过程中控制冷却循环水温为5～30℃，碾磨压力为10～50MPa，碾磨转速为10～1000rpm，碾磨次数为5～20次，碾磨所得复合粉体熔融挤出造粒，所得粒料进行深冷粉碎，粒度在100～800目的粉末与流动助剂混合均匀，过150～200目筛网，筛下物即为聚合物基微/纳米复合材料粉体。
优选的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体的制备方法中，所述碾磨条件为循环水温5～20℃，碾磨压力为10～25MPa，碾磨转速为100～500rpm，碾磨次数为5～15次。
优选的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体的制备方法中，所述粉末与流动助剂混合均匀采用高速混合机进行混合，混合时间为1～5min，转速为2000～25000rpm。
进一步的，上述聚合物基微/纳米复合材料粉体的制备方法中，所述混合时间为1～5min，转速为15000～25000rpm。
本发明采用磨盘型固相力化学反应器，通过磨盘在运转过程中对物料施加强大剪切应力，可实现在常温下对聚合物-无机填料复合材料的高效分散。熔融挤出可实现聚合物对微纳米粒子包覆，防止聚合物相与微纳米粒子因比重不同而出现“沉析现象”。在前两步的基础上，深冷粉碎可制备满足选择性激光烧结要求的复合材料粉体。该方法易于操作、易于规模化生产、绿色环保。
本发明采用上述原料和方法制备得到的聚合物基微/纳米复合材料粉体适用于SLS技术，结合快速成型中的SLS技术可以突破传统模具加工不能制造的性能优异的复杂精细功能构件。此外，该方法制备的复合粉体不仅具有优异的性能，而且还可有效促进SLS在各领域的应用发展。
附图说明
图1、本发明方法制备的PA11/BaTiO3压电复合材料粉体的扫描电镜图，(a)：低倍数，(b)：高倍数；
图2、本发明方法制备的PA11/BaTiO3压电复合材料粉体的粒径及粒径分布；
图3、未经碾磨，直接熔融挤出和文中方法制备的PA11/BaTiO3压电复合材料粉体的DSC曲线；
图4、(a)和(b)分别为未经碾磨，直接熔融挤出和文中方法制备的PA11/BaTiO3压电复合材料烧结制件的脆断界面电镜图；
图5、以本发明复合材料粉体为原料采用SLS加工的具有复杂形状、高精度、优异电学性能的PA12/CNTs复合材料制件。
具体实施方式
适用于选择性激光烧结的聚合物基微/纳米新型复合材料粉体的制备方法，包括以下步骤：
A、碾磨：将质量配比的聚合物13～98份、无机功能粒子1～85份、抗氧剂1～2份通过固相力化学反应器碾磨，碾磨过程中控制冷却循环水温为5～30℃，碾磨压力为10～50MPa，碾磨转速为10～1000rpm，碾磨次数为5～20次；优选循环水温5～20℃，碾磨压力为25～50MPa，碾磨转速为100～500rpm，碾磨次数为5～15次。
B、造粒：将碾磨得到的复合粉体在螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度和速度根据材料本身特性进行优化，然后造粒；
C、深冷粉碎：将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中的料仓内，采用液氮将其低温冷冻至其脆化温度以下，使之实现脆化易粉碎状态，然后开启设备将其投入低温粉碎机腔体内，通过叶轮高速旋转进行粉碎加工；将上述得到的粉末由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将该粉末与其重量0.2～0.8％的流动助剂在高速混合机混合均匀，所述混合时间为1～5min，转速为2000～25000rpm，再过150～200目筛，得到聚合物基微/纳米复合材料粉体。优选混合时间为1～5min，转速为15000～25000rpm。
进一步的，所述固相力化学反应器碾磨为ZL95242817.2中的固相力化学反应器。
进一步的，所述的聚合物为聚偏氟乙烯、尼龙12、尼龙11、尼龙6、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮或聚氨酯中的至少一种。
进一步的，所述无机功能粒子为碳纳米管、石墨烯、二氧化硅、氧化铝、羟基磷灰石、黏土、玻璃微珠、碳化硅、玻璃纤维、碳纤维、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、钛酸钡或氮化硼中的至少一种。
进一步的，所述无机功能粒子的粒径为10nm～80μm。
进一步的，所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成。
进一步的，所述受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为7﹕3～9﹕1。
进一步的，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)甲烷或2,2’-双(4-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的至少一种；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)氟代亚磷酸酯或四(2,4-二叔丁基苯基)-4,4’-联苯基双亚磷酸酯中的至少一种。
进一步的，所述流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米羟基磷灰石或纳米碳化硅中的至少一种。
对于聚合物与无机功能粒子的添加比例，主要考察材料综合性能，如纳米导电材料，其在较小填充量下即可形成三维网络结构，因此添加量可稍小一些；而对于压电、介电或导热材料，需要填料在高含量下才能够得到性能要求，因此添加量可稍多一些。因此，本发明无机功能粒子的添加量主要由其本身的特性而定。
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
PA11/BaTiO3压电纳米复合材料：先将粒径2～5mm尼龙11(PA11)130g，BaTiO3压电纳米粉体颗粒850g，平均粒径500nm，以及1,3,5-三甲基-2,4,6(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯18g，2,2-亚乙基双(4,6-二叔丁基苯基)氟代亚磷酸酯2g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为25MPa，碾磨转速为500rpm，经10次碾磨，得到混合均匀的PA11/BaTiO3压电纳米复合材料粉体；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为190～210℃，挤出速度80rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与3g流动助剂纳米二氧化硅，粒径为5nm，在高速混合机中混合3min，转速为25000rpm，得到PA11/BaTiO3压电纳米复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，BaTiO3压电陶瓷被均匀地包裹在PA11基体中，界面结合性较好，粒径呈正态分布，平均粒径为63.9μm，初始熔融温度为182.1℃，初始结晶温度167.4℃，烧结窗口达到14.7℃，堆积角31.5°，Carr指数(CI)0.3，满足SLS要求。
而未经碾磨，直接熔融挤出的复合粉体初始熔融温度和初始结晶温度分别为182.8℃和172.8℃，导致烧结窗口降低为10℃，明显变窄，易引发制件在烧结过程中的翘曲变形；BaTiO3压电陶瓷在PA11基体中存在明显的团聚体，相比经过碾磨处理得到的SLS烧结件，其在100Hz频率下的介电常数由26.7降低至22.3，介电损耗由0.07上升至0.14，拉伸强度和弯曲强度分别由27.2MPa和16.9MPa降低至22.1MPa和18.6MPa。
实施例2
PA12/CNTs导电纳米复合材料：先将粒径2～5mm尼龙12(PA12)980g，CNTs粉体颗粒10g，长度1.5μm，直径9.5nm以及2,6-二叔丁基-4-甲基-苯酚14g，四(2,4-二叔丁基苯基)-46g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为15MPa，碾磨转速为700rpm，经6次碾磨，得到混合均匀的PA12/CNTs导电纳米复合材料粉体；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为180～200℃，挤出速度80rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与4g流动助剂纳米二氧化钛，粒径为5nm，在高速混合机中混合4min，转速为15000rpm，得到PA12/CNTs导电纳米复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，CNTs被均匀地包裹在PA12基体中，界面结合性较好，粒径呈正态分布，平均粒径为49.9μm，初始熔融温度为172.4℃，初始结晶温度为158.9℃，烧结窗口达到13.5℃，堆积角28.6°，Carr指数(CI)0.2，满足SLS要求。
而未经碾磨，直接熔融挤出的复合粉体初始熔融温度和初始结晶温度分别为171.8℃和163.5℃，导致烧结窗口降低为8.3℃，明显变窄，不利于烧结过程的进行；CNTs导电相在PA12基体中存在明显的团聚体，相比经过碾磨处理得到的SLS烧结件，其电导率由1.2*10-3S/m下降至6.2*10-4S/m，拉伸强度和弯曲强度分别由38.7MPa和37.9MPa降低至34.1MPa和35.2MPa。
实施例3
PA6/氮化硼导热纳米复合材料：先将粒径2～5mm尼龙6(PA12)685g，氮化硼粉体颗粒300g，平均粒径5μm，以及N,N’-二(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)12g，4’-联苯基双亚磷酸酯3g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为18MPa，碾磨转速为800rpm，经20次碾磨，得到混合均匀的PA6/氮化硼导热纳米复合材料粉体；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为210～235℃，挤出速度90rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中的料仓内粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与6.5g流动助剂纳米碳化硅，粒径为5nm，在高速混合机中混合4min，转速为18000rpm，得到PA6/氮化硼导热纳米复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，氮化硼被均匀地包裹在PA6基体中，界面结合性较好，氮化硼片层轻微剥离，晶粒大小也由231nm降到91nm，粉体的粒径呈正态分布，平均粒径为59.9μm，初始熔融温度为211.4℃，初始结晶温度200.7℃，烧结窗口达到10.7℃，堆积角38.6°，Carr指数(CI)0.5，满足SLS要求。
而未经碾磨，直接熔融挤出的复合粉体初始熔融温度和初始结晶温度分别为198.6℃和194.7℃，导致烧结窗口降低为3.9℃，明显变窄，不利于烧结过程的进行；氮化硼在PA12基体中存在明显的团聚体，相比经过碾磨处理得到的SLS烧结件，其导热系数由0.62W/(m·K)下降至0.34W/(m·K)。
实施例4
聚氨酯/黏土纳米复合材料：先将粒径2～5mm聚氨酯800g，黏土颗粒200g，平均粒径5μm，以及N,N’-二(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)10g，4’-联苯基双亚磷酸酯抗氧剂1g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为25MPa，碾磨转速为750rpm，经9次碾磨，得到混合均匀的聚氨酯/黏土纳米复合材料粉体；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为130～160℃，挤出速度90rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与5.1g流动助剂纳米氧化锌，粒径为9nm，在高速混合机中混合5min，转速为20000rpm，得到聚氨酯/纳米复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，黏土被均匀地包裹在聚氨酯基体中，黏土已剥离成纳米片层均匀分布于基体中，黏土片层厚度40-70nm，长度在0.7μm以下，粉体的粒径呈正态分布，平均粒径为65.3μm，堆积角31.2°，Carr指数(CI)0.3，满足SLS要求。
而未经碾磨，黏土在聚氨酯基体中存在明显的团聚体，相比经过碾磨处理得到的SLS烧结件，其拉伸强度和断裂伸长率分别由20.5MPa和298.1％降低至18.3MPa和279.3％。
实施例5
高密度聚乙烯/碳纤维增强复合材料：先将粒径2～5mm聚乙烯(PE)484g，CNTs粉体颗粒500g以及2,2’-双(4-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷12.8g，4’-联苯基双亚磷酸酯3.2g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为20MPa，碾磨转速为500rpm，经20次碾磨，得到混合均匀的高密度聚乙烯/碳纤维增强复合材料粉体；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为170～190℃，挤出速度80rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中的料仓内粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与3.8g流动助剂纳米羟基磷灰石，粒径为6nm，在高速混合机中混合3.5min，转速为22000rpm，得到PA12/CNTs导电纳米复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，碳纤维经过碾磨后平均长度变小，表面凸凹不平，有利于高密度聚乙烯和碳纤维界面结合，粒径呈正态分布，平均粒径为52.5μm，堆积角39.8°，Carr指数(CI)0.6，满足SLS要求。
相比经过碾磨处理得到的SLS烧结件，直接熔融挤出的复合粉体的拉伸强度和弯曲强度分别由42.2MPa和60.1MPa降低至38.1MPa和57.2MPa。此外，熔体流动速率由6.31g/10min降低至5.67g/10min。
实施例6
聚偏氟乙烯/碳纤维/石墨烯三相导电复合材料：先将粒径2～5mm聚偏氟乙烯600g，碳纤维粉体颗粒380g，石墨烯10g以及2,2’-双(4-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷8.2g，4’-联苯基双亚磷酸酯1.8g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为25MPa，碾磨转速为600rpm，经18次碾磨，得到混合均匀的聚偏氟乙烯/碳纤维/石墨烯三相导电复合材料；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为200～240℃，挤出速度80rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中的料仓内粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与5.8g流动助剂纳米氧化铝，粒径为8nm，在高速混合机中混合5min，转速为22000rpm，得到PA12/CNTs导电纳米复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，碳纤维经过碾磨后平均长度变小，表面凸凹不平，石墨烯被剥离，有利于聚偏氟乙烯和碳纤维、石墨烯界面结合，粒径呈呈正态分布，平均粒径为62.3μm，堆积角40.2°，Carr指数(CI)0.5，满足SLS要求。相比直接熔融挤出的复合粉体得到的SLS烧结件，经过碾磨处理的制件的电导率提高了近三个数量级。
实施例7
聚碳酸酯/二氧化硅/玻璃纤维三相增强复合材料：先将粒径2～5mm聚碳酸酯300g，玻璃纤维粉体颗粒670g，二氧化硅13g以及2,2’-双(4-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷11.9g，4’-联苯基双亚磷酸酯5.1g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为25MPa，碾磨转速为500rpm，经15次碾磨，得到混合均匀的聚碳酸酯/二氧化硅/玻璃纤维三相增强复合材料；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为250～270℃，挤出速度80rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中的料仓内粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与4.9g流动助剂纳米羟基磷灰石，粒径为8nm，在高速混合机中混合4min，转速为18000rpm，得到聚碳酸酯/二氧化硅/玻璃纤维三相增强复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，玻璃纤维经过碾磨后平均长度变小，表面凸凹不平，有利于聚碳酸酯和玻璃纤维、二氧化硅界面结合，粒径呈呈正态分布，平均粒径为58.3μm，堆积角37.8，Carr指数(CI)0.4，满足SLS要求。相比直接熔融挤出的复合粉体得到的SLS烧结件，经过碾磨处理的制件的弯曲强度提高了近32％。
实施例8
聚甲基丙烯酸甲酯/氧化锆/氧化锌三相压电复合材料：先将粒径2～5mm聚甲基丙烯酸甲酯650g，氧化锆粉体颗粒338g，氧化锌10g以及N,N’-二(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)10g，4’-联苯基双亚磷酸酯抗氧剂2g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为25MPa，碾磨转速为500rpm，经18次碾磨，得到混合均匀的聚甲基丙烯酸甲酯/氧化锆/氧化锌三相压电复合材料；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为140～170℃，挤出速度60rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中的料仓内粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与6.2g流动助剂纳米氧化锆，粒径为8nm，在高速混合机中混合4min，转速为19000rpm，得到聚甲基丙烯酸甲酯/氧化锆/氧化锌三相压电复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，玻璃纤维经过碾磨后平均长度变小，表面凸凹不平，有利于聚甲基丙烯酸甲酯，氧化锆和氧化锌三相界面结合，粒径呈呈正态分布，平均粒径为68.3μm，堆积角30.1，Carr指数(CI)0.3，满足SLS要求。相比直接熔融挤出的复合粉体得到的SLS烧结件，经过碾磨处理的制件的压电应变常数提高了近10％，压电电压常数提高了近25％。
实施例9
聚醚醚酮/羟基磷灰石/石墨烯三相生物工程支架：先将粒径2～5mm聚醚醚酮250g，羟基磷灰石粉体颗粒700g，石墨烯30g以及N,N’-二(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)16g，4’-联苯基双亚磷酸酯抗氧剂4g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为25MPa，碾磨转速为500rpm，经18次碾磨，得到混合均匀的聚醚醚酮/羟基磷灰石/石墨烯三相生物工程支架复合材料；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为330～350℃，挤出速度60rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中的料仓内粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与5.8g流动助剂纳米氧化锆，粒径为8nm，在高速混合机中混合4min，转速为19000rpm，得到聚醚醚酮/羟基磷灰石/石墨烯三相生物工程支架复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，石墨烯经过碾磨后被剥离，表面凸凹不平，有利于聚醚醚酮，羟基磷灰石，石墨烯三相界面结合，粒径呈呈正态分布，平均粒径为63.5μm，堆积角29.1，Carr指数(CI)0.3，满足SLS要求。相比直接熔融挤出的复合粉体得到的SLS烧结件，经过碾磨处理的制件的生物活性提高了近10％，同时具有良好的生物相容性。
实施例10
聚丙烯/碳化硅导热复合材料：先将粒径2～5mm聚丙烯230g，碳化硅粉体颗粒750g，以及1,3,5-三甲基-2,4,6(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯16g，2,2-亚乙基双(4,6-二叔丁基苯基)氟代亚磷酸酯4g，通过加料口加入已开启的磨盘形力化学反应器，碾磨过程中控制冷却循环水温为25℃，碾磨压力为25MPa，碾磨转速为700rpm，经15次碾磨，得到混合均匀的聚丙烯/碳化硅导热复合材料；将碾磨得到的复合材料粉体在双螺杆挤出机中熔融挤出，挤出温度为160～190℃，挤出速度80rpm，然后造粒得到粒径2～5mm的复合材料粒子；将挤出颗粒加入到深冷粉碎设备中的料仓内粉碎并由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在100～800目范围内的复合材料粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；将碾磨粉体与6.5g流动助剂纳米氧化铝，粒径为6nm，在高速混合机中混合5min，转速为23000rpm，得到聚丙烯/碳化硅导热复合材料粉体。
本实施例所得复合粉体的球形化程度较高，氮化硅被均匀地包裹在聚丙烯基体中，界面结合性较好，粉体的粒径呈正态分布，平均粒径为53.9μm，相比未经碾磨，直接熔融挤出的复合粉体中，氮化硅在聚丙烯基体中存在明显的团聚体，相比经过碾磨处理得到的SLS烧结件，其导热系数由0.71W/(m·K)下降至0.52W/(m·K)。

Claims (10)

1.聚合物基微/纳米复合材料粉体，其特征在于：按质量配比计，将聚合物13～98份、无机功能粒子1～85份、抗氧剂1～2份通过固相力化学反应器碾磨，碾磨所得复合粉体经熔融挤出、深冷粉碎、过100～800目筛，然后在筛下物中加入其重量0.2～0.8％的流动助剂混匀，再过150～200目筛网，筛下物即为聚合物基微/纳米复合材料粉体。
2.根据权利要求1所述的聚合物基微/纳米复合材料粉体，其特征在于：所述的聚合物为聚偏氟乙烯、尼龙12、尼龙11、尼龙6、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮或聚氨酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的聚合物基微/纳米复合材料粉体，其特征在于：所述无机功能粒子为碳纳米管、石墨烯、二氧化硅、氧化铝、羟基磷灰石、黏土、玻璃微珠、碳化硅、玻璃纤维、碳纤维、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、钛酸钡或氮化硼中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的聚合物基微/纳米复合材料粉体，其特征在于：所述无机功能粒子粒径为10nm～80μm。
5.根据权利要求1所述的聚合物基微/纳米复合材料粉体，其特征在于：所述抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成。
6.根据权利要求5所述的聚合物基微/纳米复合材料粉体，其特征在于：所述受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂的质量比为7～9﹕3～1。
7.根据权利要求1所述的聚合物基微/纳米复合材料粉体，其特征在于：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)甲烷或2,2’-双(4-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的至少一种；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)或4,4’-联苯基双亚磷酸酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的聚合物基微/纳米复合材料粉体，其特征在于：所述流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米羟基磷灰石或纳米碳化硅中的至少一种。
9.聚合物基微/纳米复合材料粉体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：首先将聚合物、无机功能粒子、抗氧剂置于固相力化学反应器中进行碾磨，碾磨过程中控制冷却循环水温为5～30℃，碾磨压力为10～50MPa，碾磨转速为10～1000rpm，碾磨次数为5～20次，碾磨所得复合粉体熔融挤出造粒，所得粒料进行深冷粉碎，粒度在100～800目的粉末与流动助剂混合均匀，过150～200目筛网，筛下物即为聚合物基微/纳米复合材料粉体。
10.根据权利要求9所述的聚合物基微/纳米复合材料粉体的制备方法，其特征在于：所述碾磨条件为循环水温5～20℃，碾磨压力为10～25MPa，碾磨转速为100～500rpm，碾磨次数为5～15次。
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