CN109575323B - 一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法 - Google Patents

一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109575323B
CN109575323B CN201811331794.4A CN201811331794A CN109575323B CN 109575323 B CN109575323 B CN 109575323B CN 201811331794 A CN201811331794 A CN 201811331794A CN 109575323 B CN109575323 B CN 109575323B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder material
stirring
carbon black
powder
polymer powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811331794.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109575323A (zh
Inventor
许小曙
鲍光
文杰斌
曾思齐
徐文雅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Farsoon High Tech Co Ltd
Original Assignee
Hunan Farsoon High Tech Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Farsoon High Tech Co Ltd filed Critical Hunan Farsoon High Tech Co Ltd
Priority to CN201811331794.4A priority Critical patent/CN109575323B/zh
Publication of CN109575323A publication Critical patent/CN109575323A/zh
Priority to US17/292,244 priority patent/US20210403714A1/en
Priority to PCT/CN2019/111972 priority patent/WO2020093855A1/zh
Priority to EP19881933.6A priority patent/EP3878910A4/en
Application granted granted Critical
Publication of CN109575323B publication Critical patent/CN109575323B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
    • C08J3/203—Solid polymers with solid and/or liquid additives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/002—Methods
    • B29B7/005—Methods for mixing in batches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08J2323/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2361/00—Characterised by the use of condensation polymers of aldehydes or ketones; Derivatives of such polymers
    • C08J2361/04—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
    • C08J2361/16—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of ketones with phenols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04—Polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2377/02—Polyamides derived from omega-amino carboxylic acids or from lactams thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2377/00—Characterised by the use of polyamides obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2377/06—Polyamides derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2381/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen, or carbon only; Polysulfones; Derivatives of such polymers
    • C08J2381/06—Polysulfones; Polyethersulfones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon

Abstract

本发明提供了一种高分子聚合物粉末材料的制备方法，包括如下步骤：将20份高分子粉末材料和0.1～10份炭黑加入到搅拌桶中进行第一次高速搅拌，制得高分子炭黑混合粉末材料；将所述高分子炭黑混合粉末材料、0.1～1份流动助剂和80份高分子粉末材料加入混粉桶中，进行第二次高速搅拌后筛分，制得一种高分子聚合物粉末材料，所述高分子聚合物粉末材料适用于光纤激光器烧结。采用本发明高速搅拌的方式，将炭黑均匀附着在粉末的表面，使得现有技术中的高分子粉末材料应用于光纤激光器烧结，制件表面质量好，结构更精细，综合性能优异，扩大了光纤激光器烧结材料的种类和应用领域。

Description

一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法
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聚合物粉末材料及其制备方法。
背景技术
用激光选择性地烧结熔合多个粉末层是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。
现有主流的选择性激光烧结主要使用是CO2激光器，波长为10600nm，对应中红外区波段。高分子聚合物中聚酰胺粉末材料对该范围的波长吸收率较高，而其他高分子对该波长吸收率差，导致现有高分子聚合物较难应用到选择性激光烧结技术中。
三维零件的制造精度与激光光斑大小有关，光斑越小制造精度越高，激光光斑的大小与其波长及激光器模数成正比。在制造聚酰胺三维零件时，对于具有更为精细的特征结构，使用CO2激光烧结往往难以达到预期的效果。
在CN106626379A专利中提到一种光纤激光器烧结尼龙的方案，尼龙无法吸收波长为1064nm的激光能量，需要使用热介质的方法，提高尼龙粉末激光吸收率。因为加入吸热介质，尼龙中的热介质有效的吸收激光能量并传递给需要熔合的聚酰胺粉末。光纤激光器可以使用更小的激光光斑，实现了使用更小聚焦光斑的激光实现聚酰胺三维物体的制造，提高了制造精度。但是如果无法解决热介质与高分子聚合物混合均匀的问题，会导致烧结表面表面质量和表面差，也无法打印出精细结构。同时由于热介质混合的不均匀，导致烧结效果稳定性差。因此，急需开发一种具有能使得热介质和高分子粉末材料混合均匀的吸热材料。
发明内容
本发明提供一种适用于光纤激光器烧结的高分子聚合物粉末材料的制备方法，通过本发明搅拌工艺使炭黑分布在高分子粉末材料的表面更均匀，使得高分子粉末材料能吸收光纤激光器发出的可见光，从而使用较低功率的光纤激光器烧结制备高分子聚合物工件。与现有通过CO2激光直接照射高分子聚合物粉末，高分子聚合物粉末吸收激光能量直接熔合方法不同的是，本方法中照射区域的高分子聚合物粉末上接受该波段的激光照射后高分聚合物粉末表面的炭黑吸收部分激光能量得更高的温度后，再通过热传导将能量转移给高分子聚合物粉末，从而实现高分子聚合物粉末的熔合。
这样不仅使得尼龙树脂粉末材料能吸收可见光波长的光纤激光器能量，同时可以使得其它高分子聚合物粉末也能吸收，例如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。
因此本发明提供了一种高分子聚合物粉末材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将20份高分子粉末材料和0.1～10份炭黑加入到搅拌桶中进行第一次高速搅拌，制得高分子炭黑混合粉末材料；
(2)将所述高分子炭黑混合粉末材料、0.1～1份流动助剂和80份高分子粉末材料加入混粉桶中，进行第二次高速搅拌后筛分，制得高分子聚合物粉末材料，所述高分子聚合物粉末材料适用于光纤激光器烧结。
作为本发明的进一步优选方案，所述第一次高速搅拌的具体工艺参数为：搅拌桶温度保持在30～40℃，搅拌速率为1500～2000r/min，搅拌时间为0.5～5min。由于炭黑的粒径越小，直接单独打散炭黑的话，炭黑很难分散，会发生团聚，通过将炭黑和高分子粉末材料一起进行第一次高速搅拌，使炭黑和高分子粉末材料混合分布均匀。
作为本发明的进一步优选方案，所述第二次高速搅拌的工艺分为两个阶段：
第一阶段，混粉桶温度保持在70～80℃，搅拌速率为1200～1500转/min，搅拌时间为1～20min；通过此阶段的加热和高速搅拌，使得高分子粉末材料均匀打散，消除静电，提高炭黑的覆盖率。
第二阶段，混粉桶温度保持在30～40℃，搅拌速率为600～800转/min，搅拌时间为3～150min。通过相对第一阶段较低温度和较低搅拌速度的环境，经过更长时间的搅拌混合，炭黑跟高分子粉末材料混合更加均匀，防止高分子粉末材料之间的摩擦，如果在高温高速的环境下，高分子粉末容易破碎或开裂，影响粉末的形貌。
作为本发明的进一步优选方案，所述炭黑的平均粒径为60～1000nm。由于炭黑的粒径过大，其附着力差，会影响炭黑在高分子粉末材料表面的附着，而本发明中限定炭黑的平均粒径为60～1000nm，小颗粒的纳米炭黑，比表面力大，吸收激光能量更多，吸热效率更好。
作为本发明的进一步优选方案，所述炭黑在高分子粉末材料表面的覆盖率为20～500％。炭黑的表面覆盖率高，炭黑能均匀的覆盖在高分子粉末表面，吸收能量效率更高。
作为本发明的进一步优选方案，所述高分子聚合物粉末材料的平均粒径为40～75μm。本发明限定的高分子聚合物粉末材料的粒径范围内，粉末流动性好，能保证炭黑均匀分布在高分子粉末表面。高分子聚合物粉末材料的粒径太小容易导致炭黑团聚，从而影响所制得粉末烧结的制件力学性能；高分子聚合物粉末材料的粒径过大容易导致炭黑覆盖率小，激光能量吸收效率差。
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。高分子聚合物中聚酰胺粉末材料对该范围的波长吸收率较高，而其他高分子对该波长吸收率差，导致现有高分子聚合物较难应用到选择性激光烧结技术中，通过本发明的工艺，能扩大高分子聚合物粉末材料的范围。
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。
作为本发明的进一步优选方案，所述流动助剂为气相二氧化硅、气相三氧化二铝或纳米二氧化钛。
本发明还提供一种高分子聚合物粉末材料，其采用上述高分子聚合物粉末材料的制备方法制得，所述高分子聚合物粉末材料适用于光纤激光器烧结。
作为本发明的进一步优选方案，所述光纤激光器的激光功率为30～1000W，激光光斑大小为30～1500μm，激光扫描速度为10～30m/s。
本发明提供高分子聚合物粉末材料的制备方法，所制备的高分子聚合物粉末材料适用于光纤激光器烧结，具有以下有益效果：
(1)通过本发明的高速搅拌工艺，将炭黑与高分子聚合物粉末均匀分散，防止了炭黑团聚，进一步地提高了高分子聚合物粉末的流动性，炭黑在高分子粉末材料表面的覆盖率极高，有利于炭黑吸收热量，传递到高分子聚合物粉末的表面。
(2)通过本发明的高速搅拌工艺，炭黑均匀的包覆在高分子聚合物的表面，炭黑对光纤激光能量吸收高效，这样使用激光功率和光斑更小的光纤激光器也能使得高分子聚合物粉末吸收足够的能量熔化，可以通过选择性激光烧结技术制备更精细的高分子聚合物工件。所制备的高分子聚合物工件的表面粗糙度更低，可以制备尺寸更小的字，尺寸更小的空洞结构，尺寸更小的圆柱体，尺寸更小的相互衔接的结构等。
(3)通过本发明的高速搅拌工艺，可以加入更少量的炭黑，使得高分子聚合物粉末能吸收足够能量，使之熔化。因为炭黑越多，烧结后的尼龙越容易结晶，使得烧结翘曲和收缩越严重，严重影响到了制件的尺寸稳定性，炭黑更少，制备的工件性能也更好，通过本发明中的搅拌工艺所制得的高分子聚合物粉末材料，烧结出的制件性能得到了很大的提升。
(4)通过加入炭黑，可以使得现有技术中不能吸收激光器能量的高分子聚合物粉末，能够很容易吸收激光器的能量，能较好的使用光纤激光器烧结制备工件，扩大了该技术的材料应用种类和应用范围。
附图说明
图1为本发明中高分子聚合物粉末材料的SEM图；
图2为本发明中高分子聚合物粉末材料的吸热传导示意图。
具体实施方式
对比例1
(1)100份平均粒径为60μm的尼龙1010粉末、1份气相二氧化硅剂和1份平均粒径为80nm的炭黑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20份平均粒径为60μm的尼龙1010粉末和1份平均粒径为80nm的炭黑加入到搅拌桶中进行搅拌，搅拌桶温度保持在30℃，搅拌速率为1500r/min，搅拌时间为1min，制得尼龙1010炭黑混合粉末；
(2)所述20份尼龙1010炭黑混合粉末、1份气相二氧化硅和80份尼龙1010粉末添加至混粉桶中，采用高速搅拌的工艺后筛分，平均粒径为60μm，高速搅拌第一阶段，混粉桶温度保持在70℃，搅拌速率为1500转/min，搅拌时间为1min；高速搅拌第二阶段，混粉桶温度保持在40℃，搅拌速率为600转/min，搅拌时间为5min，得到一种尼龙1010聚合物粉末材料。
采用光纤激光器对所制备的尼龙1010聚合物粉末材料进行烧结，制得烧结工件样条并进行性能测试，结果见表1。
实施例2
(1)将20份平均粒径为75μm的尼龙6粉末和5份平均粒径为60nm的炭黑加入到搅拌桶中进行搅拌，搅拌桶温度保持在40℃，搅拌速率为2000r/min，搅拌时间为0.5min，制得尼龙6炭黑混合粉末；
(2)所述20份尼龙6炭黑混合粉末、0.5份气相二氧化钛和80份尼龙6粉末添加至混粉桶中，采用高速搅拌的工艺后筛分，平均粒径为75μm，高速搅拌第一阶段，混粉桶温度保持在75℃，搅拌速率为1400转/min，搅拌时间为1.5min；高速搅拌第二阶段，混粉桶温度保持在35℃，搅拌速率为700转/min，搅拌时间为4min，得到尼龙6聚合物粉末材料。
采用光纤激光器对所制备的尼龙6聚合物粉末材料进行烧结，制得烧结工件样条并进行性能测试，结果见表1。
实施例3
(1)将20份平均粒径为40μm热塑性聚氨酯粉末和0.1份平均粒径为200nm炭黑加入到搅拌桶中进行搅拌，搅拌桶温度保持在30℃，搅拌速率为2000r/min，搅拌时间为5min，制得热塑性聚氨酯炭黑混合粉末；
(2)所述20份热塑性聚氨酯炭黑混合粉末、0.1份气象三氧化二铝和80份热塑性聚氨酯粉末添加至混粉桶中，采用高速搅拌的工艺后筛分，平均粒径为40μm，高速搅拌第一阶段，混粉桶温度保持在80℃，搅拌速率为1200转/min，搅拌时间为20min；高速搅拌第二阶段，混粉桶温度保持在30℃，搅拌速率为800转/min，搅拌时间为150min，得到一种热塑性聚氨酯聚合物粉末材料。
采用光纤激光器对所制备的热塑性聚氨酯聚合物粉末材料进行烧结，制得烧结工件样条并进行性能测试，结果见表1。
实施例4
(1)将20份平均粒径为45μm聚丙烯树脂粉末和0.5份平均粒径为300nm炭黑加入到搅拌桶中进行搅拌，搅拌桶温度保持在35℃，搅拌速率为1600r/min，搅拌时间为2min，制得聚丙烯树脂炭黑混合粉末；
(2)所述20份聚丙烯树脂炭黑混合粉末、0.2份气象二氧化硅和80份聚丙烯树脂粉末添加至混粉桶中，采用高速搅拌的工艺后筛分，平均粒径为45μm，高速搅拌第一阶段，混粉桶温度保持在70℃，搅拌速率为1300转/min，搅拌时间为5min；高速搅拌第二阶段，混粉桶温度保持在35℃，搅拌速率为760转/min，搅拌时间为15min，得到一种聚丙烯树脂聚合物粉末材料。
采用光纤激光器对所制备的聚丙烯树脂聚合物粉末材料进行烧结，制得烧结工件样条并进行性能测试，结果见表1。
实施例5
(1)将20份平均粒径为50μm聚乙烯树脂粉末和1份平均粒径为500nm炭黑加入到搅拌桶中进行搅拌，搅拌桶温度保持在36℃，搅拌速率为1700r/min，搅拌时间为3min，制得聚乙烯树脂炭黑混合粉末；
(2)所述20份聚乙烯树脂炭黑混合粉末、0.3份气相二氧化硅和80份聚乙烯树脂粉末添加至混粉桶中，采用高速搅拌的工艺后筛分，平均粒径为50μm，高速搅拌第一阶段，混粉桶温度保持在80℃，搅拌速率为1200转/min，搅拌时间为10min；高速搅拌第二阶段，混粉桶温度保持在30℃，搅拌速率为800转/min，搅拌时间为35min，得到一种聚乙烯树脂聚合物粉末材料。
采用光纤激光器对所制备的聚乙烯树脂聚合物粉末材料进行烧结，制得烧结工件样条并进行性能测试，结果见表1。
实施例6
(1)将20份平均粒径为65μm聚醚砜树脂粉末和5份平均粒径为90nm炭黑加入到搅拌桶中进行搅拌，搅拌桶温度保持在40℃，搅拌速率为1900r/min，搅拌时间为4min，制得聚醚砜树脂炭黑混合粉末；
(2)所述20份聚醚砜树脂炭黑混合粉末、0.1份气相二氧化硅和80份聚醚砜树脂粉末添加至混粉桶中，采用高速搅拌的工艺后筛分，平均粒径为650μm，高速搅拌第一阶段，混粉桶温度保持在80℃，搅拌速率为1200转/min，搅拌时间为15min；高速搅拌第二阶段，混粉桶温度保持在30℃，搅拌速率为800转/min，搅拌时间为60min，得到一种聚醚砜树脂聚合物粉末材料。
采用光纤激光器对所制备的聚醚砜树脂聚合物粉末材料进行烧结，制得烧结工件样条并进行性能测试，结果见表1。
实施例7
(1)将20份平均粒径为70μm聚苯硫醚树脂粉末和10份平均粒径为1000nm炭黑加入到搅拌桶中进行搅拌，搅拌桶温度保持在40℃，搅拌速率为2000r/min，搅拌时间为2min，制得聚苯硫醚树脂炭黑混合粉末；
(2)所述20份聚苯硫醚树脂炭黑混合粉末、1份气相二氧化硅和80份聚苯硫醚树脂粉末添加至混粉桶中，采用高速搅拌的工艺后筛分，平均粒径为70μm，高速搅拌第一阶段，混粉桶温度保持在75℃，搅拌速率为1200转/min，搅拌时间为16min；高速搅拌第二阶段，混粉桶温度保持在40℃，搅拌速率为600转/min，搅拌时间为100min，得到一种聚苯硫醚树脂聚合物粉末材料。
采用光纤激光器对所制备的聚苯硫醚树脂聚合物粉末材料进行烧结，制得烧结工件样条并进行性能测试，结果见表1。
实施例8
(1)将20份平均粒径为75μm聚醚醚酮树脂粉末和8份平均粒径为200nm炭黑加入到搅拌桶中进行搅拌，搅拌桶温度保持在30℃，搅拌速率为2000r/min，搅拌时间为4min，制得聚醚醚酮树脂炭黑混合粉末；
(2)所述20份聚醚醚酮树脂炭黑混合粉末、0.1份气相二氧化硅和80份热塑性聚醚醚酮树脂粉末添加至混粉桶中，采用高速搅拌的工艺后筛分，平均粒径为75μm，高速搅拌第一阶段，混粉桶温度保持在80℃，搅拌速率为1400转/min，搅拌时间为20min；高速搅拌第二阶段，混粉桶温度保持在35℃，搅拌速率为700转/min，搅拌时间为120min，得到一种聚醚醚酮树脂聚合物粉末材料。
采用光纤激光器对所制备的聚醚醚酮树脂聚合物粉末材料进行烧结，制得烧结工件样条并进行性能测试，结果见表1。
表1：采用本发明高分子聚合物粉末材料制备的三维零件的性能参数。
Figure BDA0001860208690000071
通过本发明的搅拌工艺，将炭黑与高分子聚合物粉末均匀分散，防止了炭黑团聚，进一步地提高了高分子聚合物粉末的流动性，炭黑在高分子粉末材料表面的覆盖率极高，有利于炭黑吸收热量，传递到高分子聚合物粉末的表面，使得高分子聚合物粉末熔化更充分。
炭黑均匀的包覆在聚酰胺粉末的表面，炭黑对光纤激光能量吸收高效，这样使用更小激光功率和光斑的光纤激光器激光器也能使得高分子聚合物粉末吸收足够的能量熔化，可以通过选择性激光烧结技术制备更精细的高分子聚合物工件。所制备的高分子聚合物工件的表面粗糙度更低，可以制备尺寸更小的字，尺寸更小的空洞结构，尺寸更小的圆柱体，尺寸更小的相互衔接的结构等。
通过加入更少量的炭黑，使得高分子聚合物粉末能吸收足够能量，使之熔化。在高分子聚合物粉末材料中，炭黑含量越多，烧结后的高分子聚合物粉末材料越容易结晶，使得烧结工件翘曲和收缩越严重，严重影响到了制件的尺寸稳定性，炭黑含量越少，制备的工件性能也更好，通过本发明中的搅拌工艺所制得的高分子聚合物粉末材料，烧结出的制件性能得到了很大的提升。
通过加入炭黑，可以使得现有技术中不能吸收激光器能量的高分子聚合物粉末，能够很容易吸收激光器的能量，能较好的使用光纤激光器烧结制备工件，扩大了该技术的材料应用种类和应用范围。
本发明所制备的高分子聚合物粉末材料的外表面均匀覆盖有炭黑，具体参阅图2，图2中有两种大小的圆，其中最大的圆代表高分子粉末材料，最小的圆代表炭黑，太黑均匀的覆盖在高分子粉末材料的外表面，向内指向的箭头代表炭黑往高分子粉末材料热传导的示意方向图，很明显地看出，炭黑均匀地覆盖在高分子粉末材料的外表面，形成了热传导和保温温场，炭黑对光纤激光能量吸收高效，使得高分子粉末材料更易吸收激光能量。
在本发明的实施例中，光纤激光器的激光功率优选30～1000W，激光光斑为30～1500μm，并以10～30m/s左右的速度控制激光对三维零件的横截面区域进行照射。当一层在激光的照射下熔合完毕后，铺粉器将聚酰胺和碳纤维的混合粉在工作平面上铺送0.1mm(此处可否设置一个参考范围值)的厚度，激光继续对三维零件在新的粉层上的横截面区域进行照射。
值得说明的是，本发明中，所有组分的份数均表示质量份数。本发明中优选炭黑作为高分子粉末材料热传导的热介质，制件性能优异，显而易见的，高分子粉末材料热传导的热介质也可采用石墨，石墨烯，碳纤维，三氧化二铁铁粉，四氧化三铁铁粉或金属粉末，对于高分子粉末材料热传导的热介质的常规性替换，亦落入本发明的保护范围，采用上述替换性热介质材料，其实施例在此不做赘述。

Claims (5)

1.一种高分子聚合物粉末材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将20份高分子粉末材料和0.1～10份炭黑加入到搅拌桶中进行第一次高速搅拌，制得高分子炭黑混合粉末材料，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，所述炭黑的平均粒径为60～1000nm，所述第一次高速搅拌的具体工艺参数为：搅拌桶温度保持在30～40℃，搅拌速率为1500～2000r/min，搅拌时间为0.5～5min；
(2)将所述高分子炭黑混合粉末材料、0.1～1份流动助剂和80份高分子粉末材料加入混粉桶中，进行第二次高速搅拌后筛分，制得高分子聚合物粉末材料，所述高分子聚合物粉末材料的平均粒径为40～75μm，所述第二次高速搅拌的工艺分为两个阶段：第一阶段，混粉桶温度保持在70～80℃，搅拌速率为1200～1500r/min，搅拌时间为1～20min；第二阶段，混粉桶温度保持在30～40℃，搅拌速率为600～800r/min，搅拌时间为3～150min，其中，所有组分的份数均表示质量份数。
2.根据权利要求1所述的高分子聚合物粉末材料的制备方法，其特征在于，所述炭黑的在高分子粉末材料表面的覆盖率为20～500％。
3.根据权利要求2所述的高分子聚合物粉末材料的制备方法，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。
4.一种高分子聚合物粉末材料，其特征在于，采用权利要求1-3中任一项所述的高分子聚合物粉末材料的制备方法制得，所述高分子聚合物粉末材料适用于光纤激光器烧结。
5.根据权利要求4所述的高分子聚合物粉末材料，其特征在于，所述光纤激光器的激光功率为30～1000W，激光光斑大小为30～1500μm，激光扫描速度为10～30m/s。
CN201811331794.4A 2018-11-09 2018-11-09 一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法 Active CN109575323B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811331794.4A CN109575323B (zh) 2018-11-09 2018-11-09 一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法
US17/292,244 US20210403714A1 (en) 2018-11-09 2019-10-18 High molecular polymer powder material and preparation method thereof
PCT/CN2019/111972 WO2020093855A1 (zh) 2018-11-09 2019-10-18 一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法
EP19881933.6A EP3878910A4 (en) 2018-11-09 2019-10-18 POWDERED POLYMERIC MATERIAL WITH HIGH MOLECULAR WEIGHT AND METHOD FOR PREPARING THE SAME

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811331794.4A CN109575323B (zh) 2018-11-09 2018-11-09 一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109575323A CN109575323A (zh) 2019-04-05
CN109575323B true CN109575323B (zh) 2020-11-06

Family

ID=65921936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811331794.4A Active CN109575323B (zh) 2018-11-09 2018-11-09 一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109575323B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020093855A1 (zh) * 2018-11-09 2020-05-14 湖南华曙高科技有限责任公司 一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法
DE102019212298A1 (de) * 2019-08-16 2021-02-18 Eos Gmbh Electro Optical Systems Selektives Sintern von polymerbasierten Verbundwerkstoffen
CN111117227A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 湖南华曙高科技有限责任公司 一种光纤激光烧结用高分子粉末材料制备方法
CN112123755B (zh) * 2020-07-28 2022-12-06 湖南华曙高科技股份有限公司 金属聚合物复合材料及其制备方法、金属聚合物复合制件的制造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004007594A1 (en) * 2002-07-12 2004-01-22 The University Of Western Ontario Fluidization additives to fine powders
WO2005090056A1 (de) * 2004-03-16 2005-09-29 Degussa Ag Lasersintern mit lasern mit einer wellenlänge von 100 bis 3000 nm
CN103709737A (zh) * 2013-12-05 2014-04-09 吴江中瑞机电科技有限公司 一种用于sls的高分子复合粉末材料及其制备方法
CN103951971A (zh) * 2014-05-12 2014-07-30 湖南华曙高科技有限责任公司 一种用于选择性激光烧结的碳纤维增强树脂粉末材料
CN104710786A (zh) * 2015-04-02 2015-06-17 湖南华曙高科技有限责任公司 一种选择性激光烧结用的增韧材料及其制备方法
CN105754334A (zh) * 2016-04-06 2016-07-13 广东波斯科技股份有限公司 一种选择性低功率激光烧结尼龙粉末及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004007594A1 (en) * 2002-07-12 2004-01-22 The University Of Western Ontario Fluidization additives to fine powders
WO2005090056A1 (de) * 2004-03-16 2005-09-29 Degussa Ag Lasersintern mit lasern mit einer wellenlänge von 100 bis 3000 nm
CN103709737A (zh) * 2013-12-05 2014-04-09 吴江中瑞机电科技有限公司 一种用于sls的高分子复合粉末材料及其制备方法
CN103951971A (zh) * 2014-05-12 2014-07-30 湖南华曙高科技有限责任公司 一种用于选择性激光烧结的碳纤维增强树脂粉末材料
CN104710786A (zh) * 2015-04-02 2015-06-17 湖南华曙高科技有限责任公司 一种选择性激光烧结用的增韧材料及其制备方法
CN105754334A (zh) * 2016-04-06 2016-07-13 广东波斯科技股份有限公司 一种选择性低功率激光烧结尼龙粉末及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Laser sintering of high temperature resistant polymers with carbon black additives";Wanger T等;《International Polymer Progress》;20041231;第19卷(第4期);第395-401页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109575323A (zh) 2019-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109575323B (zh) 一种高分子聚合物粉末材料及其制备方法
CN109535709B (zh) 高分子聚合物粉末材料及其制备方法
KR102145530B1 (ko) 열경화성의 중합체성 파우더 조성물의 용도
JP5172941B2 (ja) 層状に三次元物体を製造する方法で使用するｐａｅｋ粉末の製造方法、及び三次元物体を層状に製造する方法
US8313087B2 (en) Powder for rapid prototyping and associated production method
CN109517377B (zh) 一种尼龙聚合物粉末材料及其制备方法
CN105764674A (zh) 使用泥釉的3d打印方法
US20210403714A1 (en) High molecular polymer powder material and preparation method thereof
JP2018111304A (ja) 立体造形用樹脂粉末、立体造形物及び立体造形物の製造方法
CN103756298B (zh) 一种热塑性聚合物基导热复合材料及其制备方法和应用
CN101717540A (zh) 一种碳纳米管/聚合物复合材料的混杂制备方法
JP2018015972A (ja) 立体造形方法、造形物及び立体造形装置
EP3524430B1 (en) Powder for solid freeform fabrication, and method of manufacturing solid freeform fabrication object
CN109929242B (zh) 一种尼龙聚合物粉末吸热材料及其制备方法
CN105504749A (zh) 一种3d打印用聚碳酸酯复合材料及其制备方法
US20160304677A1 (en) Coated particles for forming of continuous polymeric or metallic layers
CN112296356A (zh) 一种用于选择性激光烧结的高层厚烧结方法及设备
CN110142968B (zh) 一种3d打印材料及其制备方法
KUWANA et al. Fabrication of carbon-decorated Al2O3 composite powders using cellulose nanofiber for selective laser sintering
Lu et al. Novel methods to fabricate macroporous 3D carbon scaffolds and ordered surface mesopores on carbon filaments
JP2010197412A (ja) 光学ユニットおよびその製造方法
KR101258441B1 (ko) 전기 및 열 전도성이 향상된 기능성 접착제 및 그의 사용 방법
Wang et al. Controllable preparation of polyamide 12@ SiO2 composite powders
CN117124492A (zh) 一种选择性激光烧结用高分子粉末材料及其制备方法、激光制造三维物体的方法和装置
JP2020189965A (ja) 樹脂粉末、立体造形用樹脂粉末、立体造形物、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: No. 181, Linyu Road, national high tech Industrial Development Zone, Changsha City, Hunan Province, 410205

Patentee after: Hunan Huashu High Tech Co.,Ltd.

Address before: No. 181, Linyu Road, national high tech Industrial Development Zone, Changsha City, Hunan Province, 410205

Patentee before: HUNAN FARSOON HIGH-TECH Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder