CN107936547A - 尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末及其制备方法和在选择性激光烧结技术中的应用 - Google Patents

尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末及其制备方法和在选择性激光烧结技术中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末及其制备方法和在选择性激光烧结技术中的应用，该制备方法包括将尼龙粉末、石墨烯粉末通过双液相混合的方法制备得到尼龙/石墨烯复合粉末，再将该尼龙/石墨烯复合粉末与碳纤维、流动助剂、抗氧剂通过机械混合得到尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末。本发明提供了一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，以该方法制备的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末为原料，经选择性激光烧结技术获得的激光烧结件具有良好的导电、导热性，兼具优异的机械性能。

Description

尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末及其制备方法和在选择性激光 烧结技术中的应用
技术领域
本发明涉及选择性激光烧结领域，具体涉及一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末及其制备方法和在选择性激光烧结技术中的应用。
背景技术
选择性激光烧结技术(SLS)又称为选区激光烧结，出现于上世纪80年代，是一种基于增材制造的3D打印技术。它的原理是预先在工作台上铺一层粉末材料(金属粉末或非金属粉末)，激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该技术要求粉末材料的粒径分布均一、流动性较好，这样有利于粉床铺粉。该类成型方法有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料利用率高，成型速度快等特点，针对以上特点SLS法主要应用于铸造业，并且可以用来直接制作快速模具等。
此外，SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂(覆膜砂)、聚碳酸脂(poly carbonates)、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。粉床上未被烧结部分成为烧结部分的支撑结构，因而无需考虑支撑系统(硬件和软件)。
尼龙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，能通过SLS工艺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。但通过SLS技术成型的产品强度和刚性较低，不能满足某些成型件机械性能测试要求或直接作为最终产品使用的性能需求。
目前已经出现了多种增强SLS打印件力学性能的方法，如利用玻璃纤维、矿物纤维对尼龙材料进行增强，但由于玻璃纤维和矿物纤维本身的力学性能和表面形貌问题，使得增强效果都不是特别理想，不能很好的满足某些SLS成型件的应用需求。碳纤维具有质轻、强度高、耐磨损等特点，经碳纤维增强的树脂材料，其SLS成型件相较于基体树脂材料的SLS成型件在强度和模量上有较大提升。如公开号为CN 103951971 A的中国专利文献中公开了一种用于选择性激光烧结的碳纤维增强树脂粉末材料，该粉末材料包括树脂粉末、碳纤维、抗氧剂、流动助剂和分散剂。并进一步限定了树脂粉末可以是尼龙或聚丙烯。以该碳纤维增强树脂粉末材料经SLS工艺得到的成型件具有较高的强度和模量，但导电导热性较差，限制了通过SLS工艺得到的成型件在导电导热方面的应用。
发明内容
本发明提供了一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，以该方法制备的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末为原料，经选择性激光烧结技术获得的激光烧结件具有良好的导电、导热性，兼具优异的机械性能。
具体技术方案如下：
一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，步骤如下：
(1)将石墨烯、表面活性剂与有机溶剂A混合，得到改性石墨烯分散液；
(2)将尼龙、可选择性加入的防粘剂与有机溶剂B混合，得到混合液；
(3)将所述混合液、所述改性石墨烯分散液与硅烷偶联剂混合后置于高压反应釜中，加热反应后解压、降温至室温，再经后处理得到尼龙/石墨烯复合粉末；
(4)将步骤(3)制备的尼龙/石墨烯复合粉末、碳纤维、流动助剂和抗氧剂搅拌均匀后得到所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末。
步骤(1)中：
作为优选，所述的石墨烯为粉末状，片径小于100μm，选自纯石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、有机改性石墨烯中的至少一种。
所述的有机改性石墨烯包括表面经硅烷化、酰胺化、吸附含有芳香结构的小分子和聚合物得到的有机功能化石墨烯。
进一步优选，所述石墨烯粉末的片径为10～80μm。
所述的有机溶剂A选自乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙腈、甲酸、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
所述的表面活性剂可以是离子型表面活性剂也可以是非离子型表面活性剂，如十六酸酰胺丙基三甲基氯化铵等阳离子表面活性剂、氨基酸型两性离子表面活性剂、脂肪酸甘油酯型非离子表面活性剂等。
作为优选，所述的石墨烯与表面活性剂的质量比为1:0.1～1；进一步优选为1:1。
作为优选，所述改性石墨烯分散液中石墨烯的质量百分比浓度为10～50％；进一步优选为15～25％。
步骤(2)中：
本发明中对所述的尼龙没有特殊要求，可选择尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12等常见的尼龙品种。
作为优选，所述的防粘剂选自油酸酰胺、芥酸酰胺、乙醇双硬脂酰胺、乙醇双月桂酰胺中的至少一种；
所述的有机溶剂B选自乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙腈、甲酸、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；
所述防粘剂的质量为尼龙质量的0.1～1％；
所述混合液中尼龙的质量百分比浓度为1～25％。
步骤(3)中：
作为优选，所述的硅烷偶联剂选自氨基硅烷、乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的至少一种；进一步优选为乙烯基三乙氧基硅烷。
作为优选，所述硅烷偶联剂的质量为步骤(2)中尼龙质量的0.005％～0.5％。
作为优选，所述改性石墨烯分散液中的石墨烯与所述混合液中的尼龙的质量比为1:20～1000。
本发明中，尼龙的溶解是在高压反应釜中进行的，溶解过程的温度、时间需根据具体采用的尼龙种类进行适应性调整。加入硅烷偶联剂对石墨烯进行改性处理，使石墨烯通过官能团能很好的与尼龙颗粒结合，起到很好地增强作用。
作为优选，步骤(3)中，所述加热反应的温度为130～200℃，时间为0.5～2h；进一步优选的温度为140～150℃。
作为优选，所述降温的速率为2～5℃/min；为了使粒径分布更加均匀，进一步优选降温速率为4℃/min。
所述的后处理包括干燥和过筛，通过过筛去掉团聚的大颗粒。
步骤(4)中：
作为优选，所述碳纤维的直径为5～20μm，长度为10～100μm；
所述的流动助剂选自气相二氧化硅、气相氧化铝、纳米氧化钛、纳米碳化硅中的至少一种；
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、胺类抗氧剂、硫代抗氧剂；如抗氧剂168(三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯)、抗氧剂1098(N,N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺)、抗氧剂264(2,6-二叔丁基对甲酚)抗氧剂CA(1,1,3三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷)、抗氧剂1076(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯)、抗氧剂1010(四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸]季戊四醇酯)中的一种或几种混合物。
所述尼龙/石墨烯复合粉末、碳纤维、流动助剂和抗氧剂的质量分数分别为70～95％、0.5～25％、0.5～4％和0.1～1％。
作为优选，步骤(4)中，先将步骤(3)制备的尼龙/石墨烯复合粉末、流动助剂和抗氧剂预混后，再加入碳纤维，在500～1000r/min的搅拌速度下高速搅拌10～60min后得到所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末。
再进一步优选，所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末中，以原料计，所述的碳纤维与石墨烯的质量比为1～7:1，所述的碳纤维与石墨烯的总质量占原料总质量的3～12.5％。
本发明还公开了根据上述方法制备的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末。
本发明还公开了一种选择性激光烧结技术，采用如上所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末为原料粉末，具体为：
将原料粉末装入选择性激光成型机的供粉仓中，铺粉刮刀将原料粉末均匀地铺在加工平台上并加热至加工温度，激光器发出激光，然后控制程序控制激光在加工平台上根据二维片层进行扫描，激光束扫描结束后，下移一个粉层厚度，刮刀进行铺粉，激光束扫描，反复进行，得到激光烧结件。
作为优选，所述激光束扫描的方式为自内而外，激光功率为20～70w，扫描速度为6m/s，粉层厚度为0.08～0.15mm，加工温度为165～180℃。
进一步优选，所述的粉层厚度为0.12～0.15mm。
进一步优选，所述的加工温度为175℃。
经试验发现，以上述特定工艺制备的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末为原料，在上述的选择性激光烧结工艺中的激光作用下，尼龙吸收能量产生熔融，石墨烯均匀的分布在尼龙粉末中，熔融的尼龙包裹住片状石墨烯颗粒，形成插层结构，同时，碳纤维与石墨烯连接形成网络结构，不仅仅提高了激光烧结件导电导热性能，同时烧结件的机械性能也大大提高。本发明的选择性激光烧结制造技术用尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末中，石墨烯作为一种高强度的材料，同时还具有重量轻、柔韧性好等特性，碳纤维具有质轻、强度高、耐磨损等特点，增强作用显著。通过3D打印技术直接对尼龙/石墨烯/碳纤维复合材料进行加工，在零部件轻量化(汽车、航空航天)、柔性化(柔性电子器件)以及高强度零部件等方面较传统加工技术有着巨大的优势，同时尼龙/石墨烯/碳纤维复合材料有着优异的导电导热性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明公开的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备工艺中，以片径、厚度较大的石墨烯微片为原料，成本较低。加入防粘剂可以避免小的尼龙颗粒团聚。加入偶联剂使石墨烯与尼龙能很好地分散混合。制备尼龙/石墨烯复合粉末时，采用加压-升温、泄压-降温是为了使尼龙粒径分布更加均匀，适用于SLS法打印。经过高速搅拌器搅拌后，使粉末混合均匀，过筛去掉团聚的大颗粒，以免对后续粉床造成影响，有助于石墨烯、碳纤维在烧结过程中均匀分布在尼龙中，形成石墨烯/碳纤维网络结构。
本发明公开的选择性激光烧结工艺中激光功率低，能耗少，以上述工艺制备的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末为原料，通过在原料中添加石墨烯和碳纤维，经过激光烧结后，在激光烧结件中形成石墨烯/碳纤维网络，使得制备的激光烧结件具有良好的导电导热性，同时机械性能也大大提高。
附图说明
图1为实施例1制备的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的SEM图；
图2为实施例1与对比例1、2分别制备的激光烧结件的导热性能对比图；
图3为实施例1与对比例1、2分别制备的激光烧结件的导电性能对比图；
图4为实施例1与对比例1、2分别制备的激光烧结件的拉伸性能对比图。
具体实施方式
为进一步阐明本发明的目的、技术方案和优点，以下结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)首先将石墨烯通过筛分机筛分出粒径为10～80μm的石墨烯粉末。
(2)称取870g尼龙12粉末、15g的石墨烯粉末、100g的碳纤维粉末、10g的气相二氧化硅和5g的抗氧剂168。
(3)将石墨烯和十六酸酰胺丙基三甲基氯化铵以1:1的质量比加入100g正丙醇中，超声震荡2-4h，得到改性石墨烯分散液；
(4)将870g尼龙加入4500g乙醇和乙醇双硬脂酰胺(乙醇双硬脂酰胺的质量为尼龙质量的0.1％)混合溶液后，置于高压反应釜中，并与步骤(3)得到的改性石墨烯分散液混合均匀，加入0.05g乙烯基三乙氧基硅烷，通入氮气加压至1MPa，并高速搅拌(630rpm)。将温度升至145℃，保温1h至尼龙12完全溶解。完全溶解后解除高压，以4℃/min的速度将温度降至室温，得到尼龙微米颗粒悬浮液；
(5)将步骤(4)制备的尼龙微米颗粒再经真空干燥处理，然后过200目筛得到尼龙/石墨烯复合粉末材料；
(6)将制备好的尼龙/石墨烯复合粉末、气相二氧化硅、抗氧剂168置于密闭容器中混合均匀，然后加入称取好的碳纤维粉末，在转速为630转的条件下，搅拌20min，得到尼龙/石墨烯/碳纤维(碳纤维质量分数10％，石墨烯质量分数为1.5％)复合粉末。
(7)将尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末加入到选择性激光烧结成型机的供粉仓中，铺粉刮刀将尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末均匀地铺在加工平台上，激光器发出激光，首先铺粉6mm，然后设置加工温度为175℃、加工平台温度为130℃，预先烘粉2h。烘粉结束后开始加工，计算机控制激光器的开关及扫描器的角度，使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层的形状扫描，激光束扫过之后，工作台下移一个层厚，再铺粉，激光束扫描，如此反复，得到激光烧结件；其中激光束在加工平台上扫描的方式为自内而外，激光功率为39W，扫描速度为4m/s，粉层厚度为0.12mm。
对比例1
按照实施例1中所述比例，制备石墨烯质量分数为1.5％的尼龙/石墨烯复合材料。
(1)首先将石墨烯通过筛分机筛分出粒径为10～80μm的石墨烯粉末。
(2)称取985g尼龙12粉末、15g的石墨烯粉末。
(3)将石墨烯和十六酸酰胺丙基三甲基氯化铵以1:1的质量比以加入100g正丙醇中，超声震荡2-4h，得到改性石墨烯分散液；
(4)将985g尼龙加入4500g乙醇和乙醇双硬脂酰胺(乙醇双硬脂酰胺的质量为尼龙质量的0.1％)混合溶液后，置于高压反应釜中，并与步骤(3)得到的改性石墨烯分散液混合均匀，加入0.05g乙烯基三乙氧基硅烷，通入氮气加压至1MPa，并高速搅拌(630rpm)。将温度升至145℃，保温1h至尼龙12完全溶解。完全溶解后解除高压，以4℃/min的速度将温度降至室温，得到尼龙微米颗粒悬浮液；
(5)将步骤(4)制备的尼龙微米颗粒再经真空干燥处理，然后过200目筛得到尼龙/石墨烯复合粉末材料；
(6)将尼龙/石墨烯复合粉末加入到选择性激光烧结成型机的供粉仓中，铺粉刮刀将尼龙/石墨烯复合粉末均匀地铺在加工平台上，激光器发出激光，首先铺粉6mm，然后设置加工温度为173℃、加工平台温度为130℃，预先烘粉2h。烘粉结束后开始加工，计算机控制激光器的开关及扫描器的角度，使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层的形状扫描，激光束扫过之后，工作台下移一个层厚，再铺粉，激光束扫描，如此反复，得到激光烧结件；其中激光束在加工平台上扫描的方式为自内而外，激光功率为39W，扫描速度为4m/s，粉层厚度为0.12mm。
对比例2
按照实施例1中所述比例，制备碳纤维质量分数为10％的尼龙/碳纤维复合材料。
(1)称取885g尼龙12粉末、100g的碳纤维粉末、10g的气相二氧化硅和5g的抗氧剂168。
(2)将称取好的尼龙粉末、气相二氧化硅、抗氧剂168至于密闭容器中混合均匀，然后加入称取好的碳纤维粉末，在转速为630转的条件下，搅拌20min，得到碳纤维质量分数为10％的尼龙/碳纤维复合粉末。
(3)将尼龙/碳纤维复合粉末加入到选择性激光烧结成型机的供粉仓中，铺粉刮刀将尼龙/碳纤维复合粉末均匀地铺在加工平台上，激光器发出激光，首先铺粉6mm，然后设置加工温度为176℃、加工平台温度为130℃，预先烘粉2h。烘粉结束后开始加工，计算机控制激光器的开关及扫描器的角度，使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层的形状扫描，激光束扫过之后，工作台下移一个层厚，再铺粉，激光束扫描，如此反复，得到激光烧结件；其中激光束在加工平台上扫描的方式为自内而外，激光功率为39W，扫描速度为4m/s，粉层厚度为0.12mm。
性能表征：
1、导热性能
通过热线法对制备的激光烧结件的导热系数进行分析表征。每一种激光烧结件最终取3次测试的平均结果。图2中给出了实施例1(记为PA12/GNPs/C)与对比例1(记为PA12/GNPs)、对比例2(记为PA12/C)分别制备的激光烧结件的导热系数，并给出纯尼龙12(记为PA12)的导热系数进行对比。从图2中可以看出，纯尼龙12的烧结件导热系数为0.28W/m·K，尼龙/石墨烯复合粉末烧结件导热系数为0.51W/m·K，尼龙/碳纤维复合粉末烧结件的导热系数为0.78W/m·K，而尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的烧结件的导热系数增加为3.67W/m·K，增加了12倍，说明在烧结件内部石墨烯、碳纤维形成网络结构，导热通道增多，使烧结件导热系数大大增加。
2、导电性能
通过高阻仪对激光烧结件的电阻率进行测试，测试结果为三次测试的平均值，经过公式换算，各激光烧结件电导率如图3所示，并给出纯尼龙12的电导率数据进行对比。从图中可以看出，纯尼龙12的电导率非常低，添加石墨烯、碳纤维后，烧结件的电导率从10- 14S/m分别提高到10-7S/m、10-4S/m数量级，但是同时添加石墨烯和碳纤维后，在烧结件内部石墨烯、碳纤维形成网络结构，电导率再次提升到10-2S/m数量级，导电性能大大增加。
3、力学性能
图4中给出了实施例1与对比例1、2分别制备的激光烧结件的拉伸性能，并给出纯尼龙12的拉伸性能进行对比。观察图4可知，纯尼龙12的拉伸强度为42Mpa，添加石墨烯后，基本保留尼龙的拉伸强度，添加碳纤维后，碳纤维对尼龙起到增强作用，烧结件拉伸性能大大增加。同时添加石墨烯和碳纤维，网络结构的增强作用大于单独纤维的增强作用，所以拉伸性能进一步提高，达到63Mpa。
实施例2
(1)首先将石墨烯通过筛分机筛分出粒径为10～80μm的石墨烯粉末。
(2)称取955g尼龙12粉末、15g的石墨烯粉末、15g的碳纤维粉末、10g的气相二氧化硅和5g的抗氧剂168。
(3)将石墨烯和十六酸酰胺丙基三甲基氯化铵以1:1的质量比以加入100g正丙醇中，超声震荡2-4h，得到改性石墨烯分散液；
(4)将955g尼龙加入4500g乙醇和乙醇双硬脂酰胺(乙醇双硬脂酰胺的质量为尼龙质量的0.1％)混合溶液后，置于高压反应釜中，并与步骤(3)得到的改性石墨烯分散液混合均匀，加入0.05g乙烯基三乙氧基硅烷，通入氮气加压至1MPa，并高速搅拌(630rpm)。将温度升至145℃，保温1h至尼龙12完全溶解。完全溶解后解除高压，以4℃/min的速度将温度降至室温，得到尼龙微米颗粒悬浮液；
(5)将步骤(4)制备的尼龙微米颗粒再经真空干燥处理，然后过200目筛得到尼龙/石墨烯复合粉末材料；
(6)将制备好的尼龙/石墨烯复合粉末、气相二氧化硅、抗氧剂168至于密闭容器中混合均匀，然后加入称取好的碳纤维粉末，在转速为630转的条件下，搅拌20min，得到尼龙/石墨烯/碳纤维(碳纤维质量分数1.5％，石墨烯质量分数为1.5％)复合粉末。
(7)将尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末加入到选择性激光烧结成型机的供粉仓中，铺粉刮刀将尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末均匀地铺在加工平台上，激光器发出激光，首先铺粉6mm，然后设置加工温度为175℃、加工平台温度为130℃，预先烘粉2h。烘粉结束后开始加工，计算机控制激光器的开关及扫描器的角度，使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层的形状扫描，激光束扫过之后，工作台下移一个层厚，再铺粉，激光束扫描，如此反复，得到激光烧结件；其中激光束在加工平台上扫描的方式为自内而外，激光功率为39W，扫描速度为4m/s，粉层厚度为0.12mm。
实施例3
(1)首先将石墨烯通过筛分机筛分出粒径为10～80μm的石墨烯粉末。
(2)称取860g尼龙12粉末、25g的石墨烯粉末、100g的碳纤维粉末、10g的气相二氧化硅和5g的抗氧剂168。
(3)将石墨烯和十六酸酰胺丙基三甲基氯化铵以1:1的质量比以加入100g正丙醇中，超声震荡2-4h，得到改性石墨烯分散液；
(4)将860g尼龙加入4500g乙醇和乙醇双硬脂酰胺(乙醇双硬脂酰胺的质量为尼龙质量的0.1％)混合溶液后，置于高压反应釜中，并与步骤(3)得到的改性石墨烯分散液混合均匀，加入0.05g乙烯基三乙氧基硅烷，通入氮气加压至1MPa，并高速搅拌(630rpm)。将温度升至145℃，保温1h至尼龙12完全溶解。完全溶解后解除高压，以4℃/min的速度将温度降至室温，得到尼龙微米颗粒悬浮液；
(5)将步骤(4)制备的尼龙微米颗粒再经真空干燥处理，然后过200目筛得到尼龙/石墨烯复合粉末材料；
(6)将制备好的尼龙/石墨烯复合粉末、气相二氧化硅、抗氧剂168至于密闭容器中混合均匀，然后加入称取好的碳纤维粉末，在转速为630转的条件下，搅拌20min，得到尼龙/石墨烯/碳纤维(碳纤维质量分数10％，石墨烯质量分数为2.5％)复合粉末。
(7)将尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末加入到选择性激光烧结成型机的供粉仓中，铺粉刮刀将尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末均匀地铺在加工平台上，激光器发出激光，首先铺粉6mm，然后设置加工温度为175℃、加工平台温度为130℃，预先烘粉2h。烘粉结束后开始加工，计算机控制激光器的开关及扫描器的角度，使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层的形状扫描，激光束扫过之后，工作台下移一个层厚，再铺粉，激光束扫描，如此反复，得到激光烧结件；其中激光束在加工平台上扫描的方式为自内而外，激光功率为39W，扫描速度为4m/s，粉层厚度为0.12mm。
实施例4
(1)首先将石墨烯通过筛分机筛分出粒径为10～80μm的石墨烯粉末。
(2)称取920g尼龙12粉末、15g的石墨烯粉末、50g的碳纤维粉末、10g的气相二氧化硅和5g的抗氧剂168。
(3)将石墨烯和十六酸酰胺丙基三甲基氯化铵以1:1的质量比以加入100g正丙醇中，超声震荡2-4h，得到改性石墨烯分散液；
(4)将920g尼龙加入4500g乙醇和乙醇双硬脂酰胺(乙醇双硬脂酰胺的质量为尼龙质量的0.1％)混合溶液后，置于高压反应釜中，并与步骤(3)得到的改性石墨烯分散液混合均匀，加入0.05g乙烯基三乙氧基硅烷，通入氮气加压至1MPa，并高速搅拌(630rpm)。将温度升至145℃，保温1h至尼龙12完全溶解。完全溶解后解除高压，以4℃/min的速度将温度降至室温，得到尼龙微米颗粒悬浮液；
(5)将步骤(4)制备的尼龙微米颗粒再经真空干燥处理，然后过200目筛得到尼龙/石墨烯复合粉末材料；
(6)将制备好的尼龙/石墨烯复合粉末、气相二氧化硅、抗氧剂168至于密闭容器中混合均匀，然后加入称取好的碳纤维粉末，在转速为630转的条件下，搅拌20min，得到尼龙/石墨烯/碳纤维(碳纤维质量分数5％，石墨烯质量分数为1.5％)复合粉末。
(7)将尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末加入到选择性激光烧结成型机的供粉仓中，铺粉刮刀将尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末均匀地铺在加工平台上，激光器发出激光，首先铺粉6mm，然后设置加工温度为175℃、加工平台温度为130℃，预先烘粉2h。烘粉结束后开始加工，计算机控制激光器的开关及扫描器的角度，使得激光束在加工平面上根据对应的二维片层的形状扫描，激光束扫过之后，工作台下移一个层厚，再铺粉，激光束扫描，如此反复，得到激光烧结件；其中激光束在加工平台上扫描的方式为自内而外，激光功率为39W，扫描速度为4m/s，粉层厚度为0.12mm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，并不构成对本专利保护范围的限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将石墨烯、表面活性剂与有机溶剂A混合，得到改性石墨烯分散液；
(2)将尼龙、可选择性加入的防粘剂与有机溶剂B混合，得到混合液；
(3)将所述混合液、所述改性石墨烯分散液与硅烷偶联剂混合后置于高压反应釜中，加热反应后解压、降温至室温，再经后处理得到尼龙/石墨烯复合粉末；
(4)将步骤(3)制备的尼龙/石墨烯复合粉末、碳纤维、流动助剂和抗氧剂搅拌均匀后得到所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末。
2.根据权利要求1所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的石墨烯为粉末状，片径小于100μm，选自纯石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、有机改性石墨烯中的至少一种；
所述的有机溶剂A选自乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙腈、甲酸、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；
所述的石墨烯与表面活性剂的质量比为1:0.1～1；
所述改性石墨烯分散液中石墨烯的质量百分比浓度为10～50％。
3.根据权利要求1所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的防粘剂选自油酸酰胺、芥酸酰胺、乙醇双硬脂酰胺、乙醇双月桂酰胺中的至少一种；
所述的有机溶剂B选自乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、乙腈、甲酸、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种；
所述防粘剂的质量为尼龙质量的0.1～1％；
所述混合液中尼龙的质量百分比浓度为1～25％。
4.根据权利要求1所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的硅烷偶联剂选自氨基硅烷、乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的至少一种；
所述硅烷偶联剂的质量为步骤(2)中尼龙质量的0.005～0.5％；
所述改性石墨烯分散液中的石墨烯与所述混合液中的尼龙的质量比为1:20～1000。
5.根据权利要求1所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述加热反应的温度为130～200℃，时间为0.5～2h；
所述降温的速率为2～5℃/min；
所述的后处理包括干燥和过筛。
6.根据权利要求1所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，其特征在于，步骤(4)中：
所述碳纤维的直径为5～20μm，长度为10～100μm；
所述的流动助剂选自气相二氧化硅、气相氧化铝、纳米氧化钛、纳米碳化硅中的至少一种；
所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末中，各组分的质量分数为：
7.一种根据权利要求1～6任一所述的方法制备的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末。
8.一种选择性激光烧结技术，
包括：将原料粉末装入选择性激光成型机的供粉仓中，铺粉刮刀将原料粉末均匀地铺在加工平台上并加热至加工温度，激光器发出激光，然后控制程序控制激光在加工平台上根据二维片层进行扫描，激光束扫描结束后，下移一个粉层厚度，刮刀进行铺粉，激光束扫描，反复进行，得到激光烧结件；其特征在于，原料粉末为如权利要求7所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末；
所述激光束扫描的方式为自内而外，激光功率为20～70w，扫描速度为4m/s，粉层厚度为0.08～0.15mm，加工温度为165～180℃。
9.根据权利要求8所述的选择性激光烧结技术，其特征在于，所述的粉层厚度为0.12～0.15mm。
10.根据权利要求8所述的选择性激光烧结技术，其特征在于，所述的加工温度为175℃。
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