CN109535708A - 一种高分子粉末混合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高分子粉末混合材料的制备方法，包括如下步骤：将高分子粉末材料的新粉和其烧结后的高分子粉末材料的余粉按照50～100％∶0～50％的质量百分比加入混粉桶中，采用高温慢速搅拌的工艺，消除高分子粉末之间的静电，再采用高速搅拌工艺后筛分，制得一种高分子粉末混合材料。本发明的高分子粉末混合材料的流动性好，粉末松装密度高，烧结制件不产生橘皮，表面质量好，高分子粉末材料的余粉具有高循环利用性，大大降低了成本，对环境具有友好性。

Description

一种高分子粉末混合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种高分子粉末混合材料及其制备方法。
背景技术
选择性激光烧结是通过选择性地熔合多个粉末层来制造三维物体的一种方法，该方法允许不使用工具加工而只需根据待生产物体的三维图像通过激光烧结粉末的多个重叠层，来获得三维实体。该方法主要使用热塑性聚合物来完成，专利US6136948和WO9606881对这种使用粉末状聚合物制造三维物体的方法进行了详细的描述。该技术在航空航天、医疗、鞋类、工业设计和建筑等领域得到应用。
选择性激光烧结工艺中，最后烧结完后的烧结包，其中有一部分吸收激光能量的粉末熔化制备成烧结件；另外一部分未吸收激光能量的余粉，这些余粉与烧结件一起保存在烧结包里，直到打开烧结包。烧结包中未烧结的余粉，不仅是保证了整个烧结包的温场的均一性，同时也起到支撑烧结件的作用。打开烧结包后，清理出烧结件，余粉经过筛分留作下次循环使用，下次循环使用的粉末由一定比例的新粉和余粉进行配粉而成。
在实际的选择性激光烧结工艺中，余粉之所以不能完全重复使用，主要是由于粉末与粉末之间交联会使得粉末流动性变差，粉末松装密度变低，从而使得在粉末铺粉时，粉床上的粉末不够密实，在粉末吸收激光能量后，熔融体空隙高，在结晶时不同烧结层收缩不一致，导致烧结件上产生橘皮。为了在使用选择性激光烧结时保证烧结件的质量，会根据现有技术将一定的比例的余粉与新粉混合，但所需的新粉的量明显高于烧结件所消耗的量，所以，余粉的量会随着烧结次数的增加，会不断的增加；在实际应用中，高分子粉末材料的新粉和高分子粉末材料的余粉配粉时通常采取普通的搅拌方式，搅拌速度低，高分子粉末材料的余粉虽然在烧结过程中未被直接烧结，但或多或少受到一定高温的影响，高分子粉末材料的余粉之间产生粘结，高分子粉末材料的新粉和高分子粉末材料的余粉混合后的粉末松装密度不高，流动性差，所烧结制件也易产生橘皮现象，不能保证烧结件的质量，从另一方面来讲，需要加入更多的高分子粉末材料的新粉，减少高分子粉末材料的余粉的加入，高分子粉末材料的余粉的利用率极低，然而高分子粉末材料的余粉不能用于其他制造工艺使用，导致这部分余粉的浪费，极大的增加了成本，同时也污染了环境。
发明内容
本发明提供一种高分子粉末混合材料及其制备方法，通过一种加热搅拌工艺，将不能使用的余粉处理，达到了重新使用的要求。通过加热的方式，消除静电，同时提高高分子粉末的分子链的活动性，使得粉末之间的粘接更容易分开。再加上高分子粉末材料的新粉和高分子粉末材料的余粉配粉时采用高速搅拌的方式，通过物理的方法，打散粉末之间的颗粒的粘接，提高粉末的松装密度。采用这两种方式，加入少量新粉或者不加入新粉的情况下，采用选择性激光烧结技术烧结的烧结件不仅表面质量没有出现橘皮，同时烧结工件质量更高。余粉具有高循环利用性，大大降低了成本，对环境具有友好性。
本发明提供的一种高分子粉末混合材料的制备方法，包括如下步骤：
将高分子粉末材料的新粉和其烧结后的高分子粉末材料的余粉按照50～100％∶0～50％的质量百分比加入混粉桶中，采用高温慢速搅拌的工艺，消除高分子粉末之间的静电，再采用高速搅拌工艺后筛分，制得一种高分子粉末混合材料。
作为本发明的进一步优选方案，所述高温慢速搅拌的工艺具体为：混粉桶内的温度为50～160℃，搅拌速率为60～200r/min，搅拌时间为10～300min。
作为本发明的进一步优选方案，所述高速搅拌工艺具体为：混粉桶内的温度为30～80℃，搅拌速率为200～1500r/min，搅拌时间为5～20min。
作为本发明的进一步优选方案，所述搅拌工艺具体分为两个阶段：
第一阶段，混粉桶温度为10～55℃，搅拌速率为1200～1500r/min，搅拌时间为1～20min；
第二阶段，混粉桶温度为10～55℃，搅拌速率为200～800r/min，搅拌时间为5～150min。
作为本发明的进一步优选方案，所述高分子粉末混合材料的平均粒径为40～85μm。
作为本发明的进一步优选方案，所述高分子粉末材料为尼龙树脂粉末、热塑性聚氨酯树脂粉末、聚丙烯树脂粉末、聚乙烯树脂粉末、乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂粉末、聚醚砜树脂粉末、聚苯硫醚树脂粉末或聚醚醚酮树脂粉末。
作为本发明的进一步优选方案，所述尼龙树脂粉末为PA6、PA11、PA12、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的一种或几种。
本发明还提供一种高分子粉末混合材料，其采用上述高分子粉末混合材料的制备方法制得。
本发明的用于选择性激光烧结的高分子粉末混合材料制备方法具有以下有益效果：
(1)、本发明中，高分子粉末材料的新粉和高分子粉末材料的余粉混合后制得高分子粉末混合材料流动性好，粉末松装密度稳定性好，烧结后制件不产生橘皮，制件表面质量好。
(2)、通过加热消除高分子粉末之间的静电，同时提高了高分子粉末混合材料分子链的活性，减小高分子粉末之间的相互粘接。通过高速搅拌工艺，减少粉末之间的相互粘结，防止了粉末之间相互团结，提高了粉末松装密度。
(3)、本发明提供一种能高循环利用于选择性激光烧结的高分子粉末混合材料，尤其适用于通过加入少量甚至不加入高分子粉末材料的新粉的情况，这样高分子粉末材料的余粉能得到更高比例的使用，降低了高分子粉末混合材料的成本，减少了对环境的污染。
(4)、通过高速搅拌工艺，余粉中相互粘接的粉末打开，粉末粒径分布更窄，使得粉末所需要的能量更一致，烧结的工件具有良好的机械性能。
具体实施方式
对比例1
(1)30份的尼龙1212新粉与70份的尼龙1212余粉采用常规的低速搅拌工艺混合，得到一种选择性激光烧结的尼龙1010粉末。
实施例1
(1)将30份的尼龙1212新粉与70份的尼龙1212余粉加入混粉桶中，混粉的温度为70℃，搅拌速率为150r/min，搅拌时间为20min。
(1)再混合粉末进行高速搅拌，混粉桶温度为30℃，搅拌速率为1400r/min，搅拌时间为3min；第二阶段，混粉桶温度为20℃，搅拌速率为700r/min，搅拌时间为15min。最终得到一种可用于选择性激光烧结尼龙1212粉末材料。
实施例2
(1)将50份的尼龙6新粉与50份的尼龙6余粉加入混粉桶中，混粉的温度为100℃，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为10min。
(2)再混合粉末进行高速搅拌，混粉桶温度为50℃，搅拌速率为1200r/min，搅拌时间为1min；第二阶段，混粉桶温度为40℃，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为5min。最终得到一种可用于选择性激光烧结尼龙6粉末材料。
实施例3
(1)将100份的热塑性聚氨酯树脂余粉加入混粉桶中，混粉的温度为50℃，搅拌速率为60r/min，搅拌时间为50min。
(2)再混合粉末进行高速搅拌，混粉桶温度为10℃，搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为5min；第二阶段，混粉桶温度为10℃，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为40min。最终得到一种可用于选择性激光烧结热塑性聚氨酯树脂粉末材料。
实施例4
(1)将40份的聚丙烯树脂新粉与60份的聚丙烯树脂余粉加入混粉桶中，混粉的温度为80℃，搅拌速率为60r/min，搅拌时间为100min。
(2)再混合粉末进行高速搅拌，混粉桶温度为20℃，搅拌速率为1200r/min，搅拌时间为10min；第二阶段，混粉桶温度为15℃，搅拌速率为600r/min，搅拌时间为80min。最终得到一种可用于选择性激光烧结聚丙烯树脂粉末材料。
实施例5
(1)将30份的聚乙烯树脂新粉与70份的聚乙烯树脂余粉加入混粉桶中，混粉的温度为60℃，搅拌速率为200r/min，搅拌时间为150min。
(2)再混合粉末进行高速搅拌，混粉桶温度为30℃，搅拌速率为1300r/min，搅拌时间为12min；第二阶段，混粉桶温度为15℃，搅拌速率为700r/min，搅拌时间为120min。最终得到一种可用于选择性激光烧结聚乙烯树脂粉末材料。
实施例6
(1)将20份的聚醚砜树脂新粉与80份的聚醚砜树脂余粉加入混粉桶中，混粉的温度为160℃，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为200min。
(2)再混合粉末进行高速搅拌，混粉桶温度为55℃，搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为16min；第二阶段，混粉桶温度为55℃，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为180min。最终得到一种可用于选择性激光烧结聚醚砜树脂粉末材料。
实施例7
(1)将10份的聚苯硫醚树脂新粉与90份的聚苯硫醚树脂余粉加入混粉桶中，混粉的温度为150℃，搅拌速率为200r/min，搅拌时间为300min。
(2)再混合粉末进行高速搅拌，混粉桶温度为50℃，搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为20min；第二阶段，混粉桶温度为40℃，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为200min。最终得到一种可用于选择性激光烧结聚苯硫醚树脂粉末材料。
实施例8
(1)将30份的聚醚醚酮树脂新粉与70份的聚醚醚酮树脂余粉加入混粉桶中，混粉的温度为160℃，搅拌速率为200r/min，搅拌时间为200min。
(2)再混合粉末进行高速搅拌，混粉桶温度为55℃，搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为20min；第二阶段，混粉桶温度为55℃，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为200min。最终得到一种可用于选择性激光烧结聚醚醚酮树脂粉末材料。
值得说明的是，以上所述各组分的份数均为质量份数。
表1为采用本发明对比例1，实施例1-8的高分子材料混合粉末烧结后的制件性能参数

Claims (8)

1.一种高分子粉末混合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将高分子粉末材料的新粉和其烧结后的高分子粉末材料的余粉按照50～100％∶0～50％的质量百分比加入混粉桶中，采用高温慢速搅拌的工艺，消除高分子粉末之间的静电，再采用高速搅拌工艺后筛分，制得一种高分子粉末混合材料。
2.根据权利要求1所述的高分子粉末混合材料的制备方法，其特征在于，所述高温慢速搅拌的工艺具体为：混粉桶内的温度为50～160℃，搅拌速率为60～200r/min，搅拌时间为10～300min。
3.根据权利要求2所述的高分子粉末混合材料的制备方法，其特征在于，所述高速搅拌工艺具体为：混粉桶内的温度为30～80℃，搅拌速率为200～1500r/min，搅拌时间为5～200min。
4.根据权利要求2或3所述的高分子粉末混合材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌工艺具体分为两个阶段：
第一阶段，混粉桶温度为10～55℃，搅拌速率为1200～1500r/min，搅拌时间为1～20min；
第二阶段，混粉桶温度为10～55℃，搅拌速率为200～800r/min，搅拌时间为5～200min。
5.根据权利要求4所述的高分子粉末混合材料的制备方法，其特征在于，所述高分子粉末混合材料的平均粒径为40～85μm。
6.根据权利要求5所述的高分子粉末混合材料的制备方法，其特征在于，所述高分子粉末材料为尼龙树脂粉末、热塑性聚氨酯树脂粉末、聚丙烯树脂粉末、聚乙烯树脂粉末、乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂粉末、聚醚砜树脂粉末、聚苯硫醚树脂粉末或聚醚醚酮树脂粉末。
7.根据权利要求6所述的高分子粉末混合材料的制备方法，其特征在于，所述尼龙树脂粉末为PA6、PA11、PA12、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的一种或几种。
8.一种高分子粉末混合材料，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的高分子粉末混合材料的制备方法制得。
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