CN106893314A - 一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法和应用，包括如下组分及其质量份数：尼龙粉末80‑95份、聚酰亚胺树脂粉末0.5‑ 20份、表面改性剂0.1‑2份、流动助剂0.5‑2份、抗氧化剂0.1‑1份，经在氮气保护下的高压反应釜内融化、混匀、沉淀析出、过滤、清除溶剂、筛分等制备过程，产品应用于3D打印。本发明的成品粒径分布均匀，粒径范围在40‑60µm之间、形态规整、流动性好，能作为3D打印材料，满足3D打印的性能要求；耐磨损性能好，磨损量小能延长打印产品的使用寿命长；且制备方法工艺简单、操作条件温和，便于工业化生产。

Description

一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及3D打印材料制造技术领域，具体涉及一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
3D打印是一种 “增材制造技术” ，它具有制造成本低、生产周期短等明显优势，被誉为 “第三次工业革命最具标志性的生产工具”。尼龙作为3D打印材料，具有制品烧结成型性能优良、制品强度较高、质轻等特点。一般情况下，通过尼龙材料打印出的物件在实际使用时极易出现磨损等现象，从而使得使用寿命大大降低。若尼龙材料成型后的耐磨损性能够进一步增强，则应用领域会更为广阔，可在机械、化工、仪表、汽车等工业中制造轴承、齿轮、泵叶及其他零件替代相关的金属部件，同时在医疗和航天方面也有突出的贡献。
聚酰亚胺树脂粉末是主链含有酰亚胺基团（-C(O)-N-C(O)-）的聚合物，作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。近来，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入 21世纪最有希望的工程塑料之一。聚酰亚胺的一个突出性能为在高速高压下具有低摩擦系数，可以制成耐磨耗性能的零部件，已广泛应用于金刚石砂轮、高速重负荷树脂砂轮及强力磨削树脂砂轮的结合剂。
因此，寻求使用寿命长、磨损小的尼龙材料的组合物及其制备方法是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法和应用，以聚酰亚胺树脂粉末和尼龙为主要材料，并添加适当助剂，产品粒径分布均匀、形态规整、流动性好、能满足3D打印的性能要求，磨损小能延长打印产品的使用寿命长。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，包括如下组分及其质量份数：尼龙（聚酰胺，PA）粉末80-95份、聚酰亚胺树脂粉末0.5-20份、表面改性剂0.1-2份、流动助剂0.5-2份、抗氧化剂0.1-1份。
根据以上方案，所述尼龙为PA6、PA66、PA612、PA11、PA12、PA1010、PPA、PA46、PA6T和PA9T中的任意一种或一种以上的混合物。
根据以上方案，所述聚酰亚胺树脂为均苯型聚酰亚胺树脂、单醚型聚酰亚胺树脂、双醚酐型聚酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺（PEI）、聚双马来酰亚胺、降冰片烯二酸改性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺中的任意一种或一种以上的混合物。
根据以上方案，所述尼龙粉末的粒径为30-80µm，所述聚酰亚胺树脂粉末的粒径为10-50µm。
根据以上方案，所述表面改性剂剂为十二烷基磺酸钠。
根据以上方案，所述流动助剂为碳化硅、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛中的任意一种或一种以上的混合物。
根据以上方案，所述抗氧化剂为2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1）将尼龙粉末、聚酰亚胺树脂粉末、溶剂、表面改性剂、流动助剂及抗氧化剂投入至高压反应釜中；
2）通氮气保护，将高压反应釜内温度升至150-185℃，使原料融化成液体，在500-1500转/分的转速下搅拌10-60min，形成复合材料液体；
3）继续将高压反应釜温度升至230-260℃，在500-1500转/分的转速下继续搅拌，保温30-180min，使得聚酰亚胺树脂粉末固化并分散在尼龙液体中；
4）降温沉淀析出：通过控制高压反应釜的搅拌速度并逐渐降温，逐步完成复合材料的析出成型；
5）过滤：将高压反应釜温度降至60℃以下，将混合溶液转移至过滤槽，分离出固体；
6）清除溶剂：通过离心分离及真空干燥清除溶剂，得到聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末；
7）将所得聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末进行筛分，筛选得到粒径为40-60µm的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料。
根据以上方案，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、 N,N-二甲基乙酰胺、 环己酮、 甲基环己酮、 正己醇中的任意一种或一种以上的混合物。
一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，作为3D打印材料。
本发明的有益效果是：
1）本发明的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粒径分布均匀，粒径范围在40-60µm之间、形态规整、流动性好，能作为3D打印材料，满足3D打印的性能要求；
2）本发明的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料耐磨损性能好，磨损量小能延长打印产品的使用寿命长；
3）本发明的制备方法工艺简单、操作条件温和，便于工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1：
本发明提供一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
1）将PA12粉末、双醚酐型聚酰亚胺树脂粉末、N,N-二甲基甲酰胺、十二烷基磺酸钠、氧化铝及2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按质量比95:3:100:1:0.5:0.5，投入至高压反应釜中；
2）通氮气保护，将高压反应釜内温度升至180℃，使原料融化成液体，在600转/分的转速下搅拌50min，形成复合材料液体；
3）继续将高压反应釜温度升至240℃，在600转/分的转速下继续搅拌，保温120min，使得聚酰亚胺树脂粉末固化并分散在尼龙液体中；
4）降温沉淀析出：通过控制高压反应釜的搅拌速度并逐渐降温，逐步完成复合材料的析出成型；
5）过滤：将高压反应釜温度降至40℃，将混合溶液转移至过滤槽，分离出固体；
6）清除溶剂：通过离心分离及真空干燥清除溶剂，得到聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末；
7）将所得聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末进行筛分，筛选得到粒径为40-60µm的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料。
经检测，本实施例制备的聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料初熔点为170℃，熔程为2-4℃，将所打印制备的样件在具有一定粗糙度的表面摩擦，无肉眼可见磨损。
实施例2：
本发明提供一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
1）将PA1010粉末、均苯型聚酰亚胺树脂粉末、N,N-二甲基甲酰胺、十二烷基磺酸钠、二氧化硅及2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按质量比85:13:100:1:0.5:0.5，投入至高压反应釜中；
2）通氮气保护，将高压反应釜内温度升至130℃，使原料融化成液体，在500转/分的转速下搅拌60min，形成复合材料液体；
3）继续将高压反应釜温度升至230℃，在500转/分的转速下继续搅拌，保温180min，使得聚酰亚胺树脂粉末固化并分散在尼龙液体中；
4）降温沉淀析出：通过控制高压反应釜的搅拌速度并逐渐降温，逐步完成复合材料的析出成型；
5）过滤：将高压反应釜温度降至50℃，将混合溶液转移至过滤槽，分离出固体；
6）清除溶剂：通过离心分离及真空干燥清除溶剂，得到聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末；
7）将所得聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末进行筛分，筛选得到粒径为40-60µm的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料。
经检测，本实施例制备的聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料初熔点为180℃，熔程为2-4℃，将所打印制备的样件在具有一定粗糙度的表面摩擦，无肉眼可见磨损。
实施例3：
本发明提供一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
1）将PA612粉末、聚酰胺酰亚胺树脂粉末、环己酮、十二烷基磺酸钠、二氧化硅及2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按质量比90:8:200:0.5:1:0.5，投入至高压反应釜中；
2）通氮气保护，将高压反应釜内温度升至150℃，使原料融化成液体，在1000转/分的转速下搅拌20min，形成复合材料液体；
3）继续将高压反应釜温度升至250℃，在1000转/分的转速下继续搅拌，保温60min，使得聚酰亚胺树脂粉末固化并分散在尼龙液体中；
4）降温沉淀析出：通过控制高压反应釜的搅拌速度并逐渐降温，逐步完成复合材料的析出成型；
5）过滤：将高压反应釜温度降至25℃，将混合溶液转移至过滤槽，分离出固体；
6）清除溶剂：通过离心分离及真空干燥清除溶剂，得到聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末；
7）将所得聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末进行筛分，筛选得到粒径为40-60µm的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料。
经检测，本实施例制备的聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料初熔点为175℃，熔程为2-4℃，将所打印制备的样件在具有一定粗糙度的表面摩擦，无肉眼可见磨损。
实施例4：
本发明提供一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
1）将PA11粉末、聚醚酰亚胺树脂粉末、甲基环己酮、十二烷基磺酸钠、二氧化钛及2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按质量比88:10:100:0.2:1.6:0.2，投入至高压反应釜中；
2）通氮气保护，将高压反应釜内温度升至160℃，使原料融化成液体，在1500转/分的转速下搅拌20min，形成复合材料液体；
3）继续将高压反应釜温度升至260℃，在1500转/分的转速下继续搅拌，保温20min，使得聚酰亚胺树脂粉末固化并分散在尼龙液体中；
4）降温沉淀析出：通过控制高压反应釜的搅拌速度并逐渐降温，逐步完成复合材料的析出成型；
5）过滤：将高压反应釜温度降至30℃，将混合溶液转移至过滤槽，分离出固体；
6）清除溶剂：通过离心分离及真空干燥清除溶剂，得到聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末；
7）将所得聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末进行筛分，筛选得到粒径为40-60µm的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料。
经检测，本实施例制备的聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料初熔点为185℃，熔程为2-4℃，将所打印制备的样件在具有一定粗糙度的表面摩擦，无肉眼可见磨损。
实施例5：
本发明提供一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
1）将PA6T粉末、均苯型聚酰亚胺树脂粉末、正己醇、十二烷基磺酸钠、碳化硅及2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按质量比85:13:100:1:0.9:0.1，投入至高压反应釜中；
2）通氮气保护，将高压反应釜内温度升至130℃，使原料融化成液体，在700转/分的转速下搅拌50min，形成复合材料液体；
3）继续将高压反应釜温度升至240℃，在700转/分的转速下继续搅拌，保温150min，使得聚酰亚胺树脂粉末固化并分散在尼龙液体中；
4）降温沉淀析出：通过控制高压反应釜的搅拌速度并逐渐降温，逐步完成复合材料的析出成型；
5）过滤：将高压反应釜温度降至30℃，将混合溶液转移至过滤槽，分离出固体；
6）清除溶剂：通过离心分离及真空干燥清除溶剂，得到聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末；
7）将所得聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末进行筛分，筛选得到粒径为40-60µm的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料。
经检测，本实施例制备的聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料初熔点为190℃，熔程为2-4℃，将所打印制备的样件在具有一定粗糙度的表面摩擦，无肉眼可见磨损。
实施例6：
本发明提供一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料及其制备方法，包括如下步骤：
1）将PA66粉末、聚醚型聚酰亚胺树脂粉末、正己醇、十二烷基磺酸钠、氧化铝及2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按质量比94.5:0.5:100:2:2:1，投入至高压反应釜中；
2）通氮气保护，将高压反应釜内温度升至130℃，使原料融化成液体，在800转/分的转速下搅拌40min，形成复合材料液体；
3）继续将高压反应釜温度升至260℃，在800转/分的转速下继续搅拌，保温120min，使得聚酰亚胺树脂粉末固化并分散在尼龙液体中；
4）降温沉淀析出：通过控制高压反应釜的搅拌速度并逐渐降温，逐步完成复合材料的析出成型；
5）过滤：将高压反应釜温度降至40℃，将混合溶液转移至过滤槽，分离出固体；
6）清除溶剂：通过离心分离及真空干燥清除溶剂，得到聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末；
7）将所得聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末进行筛分，筛选得到粒径为40-60µm的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料。
经检测，本实施例制备的聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料初熔点为170℃，熔程为2-4℃，将所打印制备的样件在具有一定粗糙度的表面摩擦，无肉眼可见磨损。
将东莞市昊塑贸易有限公司提供的牌号为PA11的尼龙粉末，经过打印机打印的样条在同一个粗糙表面进行摩擦测试，出现明显磨损。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，其特征在于，包括如下组分及其质量份数：尼龙粉末80-95份、聚酰亚胺树脂粉末0.5- 20份、表面改性剂0.1-2份、流动助剂0.5-2份、抗氧化剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙粉末为PA6、PA66、PA612、PA11、PA12、PA1010、PPA、PA46、PA6T和PA9T中的任意一种或一种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺树脂粉末为均苯型聚酰亚胺树脂、单醚型聚酰亚胺树脂、双醚酐型聚酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺、聚双马来酰亚胺、降冰片烯二酸改性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺中的任意一种或一种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙粉末的粒径为30-80µm，所述聚酰亚胺树脂粉末的粒径为10-50µm。
5.根据权利要求1所述的耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，其特征在于，所述表面改性剂剂为十二烷基磺酸钠。
6.根据权利要求1所述的耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，其特征在于，所述流动助剂为碳化硅、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛中的任意一种或一种以上的混合物。
7.根据权利要求1所述的耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。
8.一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将尼龙粉末、聚酰亚胺树脂粉末、溶剂、表面改性剂、流动助剂及抗氧化剂投入至高压反应釜中；
2）通氮气保护，将高压反应釜内温度升至150-185℃，使原料融化成液体，在500-1500转/分的转速下搅拌10-60min，形成复合材料液体；
3）继续将高压反应釜温度升至230-260℃，在500-1500转/分的转速下继续搅拌，保温30-180min，使得聚酰亚胺树脂粉末固化并分散在尼龙液体中；
4）降温沉淀析出：通过控制高压反应釜的搅拌速度并逐渐降温，逐步完成复合材料的析出成型；
5）过滤：将高压反应釜温度降至60℃以下，将混合溶液转移至过滤槽，分离出固体；
6）清除溶剂：通过离心分离及真空干燥清除溶剂，得到聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末；
7）将所得聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料粉末进行筛分，筛选得到粒径为40-80µm的成品聚酰亚胺树脂粉末/尼龙复合材料。
9.根据权利要求1所述的耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、 N,N-二甲基乙酰胺、 环己酮、 甲基环己酮、 正己醇中的任意一种或一种以上的混合物。
10.一种耐磨损聚酰亚胺树脂/尼龙复合材料，其特征在于，作为3D打印材料。
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