CN109825068A

CN109825068A - 一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末及其制备方法

Info

Publication number: CN109825068A
Application number: CN201910051554.7A
Authority: CN
Inventors: 张长松; 张雷; 刘映坚
Original assignee: Changzhou Xian Feng Three Dimensional Technology Co Ltd
Current assignee: Changzhou Xian Feng Three Dimensional Technology Co Ltd
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-05-31

Abstract

本发明属于选择性激光烧结3D打印领域，尤其是一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末及其制备方法；包括实心玻璃微珠晶核，所述实心玻璃微珠晶核外包覆有一层尼龙层，所述实心玻璃微珠晶核的颗粒粒径尺寸为5‑40μm，所述复合粉末的平均粒径大小为50‑70μm；此材料用SLS加工打印的制件具有收缩率低，拉伸强度、弹性模量高，性能优异的特性。同时材料制备工艺简单，成本低；本发明工艺操作简单，在加工过程中，通过控制降温速率，则可控制最终制备的粉末颗粒的大小及形貌。

Description

一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末及其制备方法

技术领域

本发明属于选择性激光烧结3D打印领域，尤其是一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末及其制备方法。

背景技术

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,简称SLS)是近年来发展最为迅速的快速成型技术之一,其以固体粉末为原料,采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造,其制造不受零件形状复杂程度的限制,可精确快速还原设计理念、快速生产新产品的功能测试件，广泛应用与汽车、船舶、航天航空、医学和照明等领域中。

在选择性激光烧结(SLS)技术中，目前主要的应用材料是聚酰胺类产品，如PA12，PA11。很少有别的材料良好的应用与选择性激光烧结技术。而PA12材料由于价格昂贵，材料收缩率高，拉伸强度、弹性模量等性能较低，在工业应用上受到了很大的限制，对性能要求高的功能件，材料还需要进一步提高。

传统工业中，通过添加滑石粉，玻璃微珠，纳米二氧化硅等无机填料来降低材料的收缩率；专利CN102337021通过对尼龙粉末添加玻璃微珠，来降低材料在SLS成型过程中的收缩，翘曲程度。提高打印制件的拉伸强度及模量。但其添加玻璃微珠采取的是最常用的机械混合法；，就是指将需要混合的两种或多种不同组分的粉末进行机械的混合，如在高速混合机中或在球磨机中混合，如专利CN 103951971A、CN102311637A中所述方法。机械混合过程中由于两种或多种不同性质的粉末相对独立存在，其密度不同，形态不同，很容易产生成分偏聚现象，从而导致最终成形的零件中的成分分布不均匀，从而使得零件不同位置的性能具有较大差别。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末，此材料用SLS加工打印的制件具有收缩率低，拉伸强度、弹性模量高，性能优异的特性。同时材料制备工艺简单，成本低；本发明的另一个目的是：提供一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，通过本发明制得的聚酰胺复合材料粉末颗粒具有形貌规整，形貌微观呈球状，粉末颗粒尺寸分布集中的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末，包括实心玻璃微珠晶核，所述实心玻璃微珠晶核外包覆有一层尼龙层，所述实心玻璃微珠晶核的颗粒粒径尺寸为5-40μm，所述复合粉末的平均粒径大小为 50-70μm。

一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将尼龙粒料、实心玻璃微珠与有机溶剂放置于密封容器中，对容器进行充放氮气，排除容器内的空气后，使容器内保持0.2MPa 的压力；

(2)对物料及溶剂进行加热，待物料温度升温至160℃时，进行保温；

(3)待保温结束后，对物料进行降温，首先慢速降温至100℃度；在此降温过程中，尼龙会以实心玻璃微珠为晶核逐步结晶析出；

(4)对物料迅速降温至室温，对制得的尼龙-实心玻璃微珠复合粉末颗粒进行分离干燥，所得到的粉末颗粒即为目标材料；

(5)步骤(4)中的目标材料与一定量的流动助剂，抗氧剂均匀混合，所得粉末过筛即为可用于选择性激光烧结用的目标材料。

进一步的，所述步骤(1)中的尼龙粒料选用尼龙12、尼龙6、尼龙11、尼龙1212、尼龙1010、尼龙66中的一种或几种。

进一步的，所述步骤(1)中的溶剂选用醇类溶剂，酮类溶剂，酰胺类溶剂中的一种或多种。

进一步的，所述实心玻璃微珠晶核的颗粒粒径尺寸为5-40μm。

进一步的，所述步骤(1)中实心玻璃微珠的质量分数在20％-40％。

进一步的，所述步骤(1)中保温的时间为2h。

进一步的，所述步骤(3)中慢速降温的速度为0.7℃/min。

进一步的，所述步骤(4)中迅速降温的速度为3℃/min。

进一步的，所述步骤(5)中的流动助剂的质量分数为0.1％-1％，抗氧剂的质量分数为0.1％-2％。

采用本发明的技术方案的有益效果是：

1、本发明最终得到的尼龙-实心玻璃微珠粉末颗粒，尼龙包覆在实心玻璃微珠外面，形貌规整，呈球形。颗粒粒径分布集中颗粒尺寸在50-70um之间。尼龙与实心玻璃微珠两种组分分散均匀。

2、在使用过程中发现，粉末颗粒的形貌越圆，越接近于球状形态，则粉末的流动性越好，越有利于SLS加工。

3、两个不同密度的固体颗粒，采用物理混合法，很难充分混合均匀，且不同密度的混合固体，即使静止不动，其受重力影响，密度大的会自然的发生沉降；而一旦受到外界的影响，会加快这种沉降现象；从而导致两种材料，无法互相均匀的分散开。而本发明制备的尼龙复合粉末颗粒，从微观上，每个粉末颗粒都有玻璃微珠与尼龙，两种组分结合在一起，均匀分散，不会产生偏聚现象。最终以此中材料制备的SLS成型件性能稳定均衡。

4、本发明工艺操作简单，在加工过程中，通过控制降温速率，则可控制最终制备的粉末颗粒的大小及形貌。

5、本发明工艺简单，且成本很低。制备过程中的有机溶剂可以进行重复使用，不会造成污染或浪费。

6、本发明制备的尼龙复合粉末在选择性激光烧结应用中，制备的制件具有良好的力学性能。其SLS成型件的力学性能比采用物理混合的材料的SLS成型件有明显的提升。

附图说明

图1为实施例1中的复合材料SLS成型件截面微观形貌。

图2为对比例2中的复合材料SLS成型件截面微观形貌。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

1、将8KgPA12颗粒、2kg实心玻璃微珠与100L乙醇加入到密封容器中，对容器内进行充放氮气3次，密封容器内压力达到0.2MPa。

2、然后对物料进行加热升温，待其温度达到160℃时，保温搅拌2小时。然后进行降温；首先以0.7℃/min降温至100℃，然后按 3℃/min快速降至室温。

3、将步骤2所得到的粉末颗粒进行分离干燥，将颗粒分离出来，所得到的粉末颗粒即为目标产物。

4、将步骤3得到的粉末颗粒与抗氧剂，流动助剂按照1：0.001： 0.001比例配比混合，筛分，得到一种选择性激光烧结用尼龙-实心玻璃微珠复合粉末材料。

5、将步骤4粉末在SLS设备上成型，制备工艺参数为：激光功率44W，扫描速度4000mm/s，扫描间距0.3，烧结层厚0.12mm；将所得SLS制件按ISO标准进行性能测试，结果见表1，微观形貌图见图1。

实施例2

1、将7KgPA12颗粒、3kg实心玻璃微珠与100L乙醇加入到密封容器中，对容器内进行充放氮气3次，密封容器内压力达到0.2MPa。

4、将步骤3得到的粉末颗粒与抗氧剂，流动助剂按照1：0.005：0.005比例配比混合，筛分，得到一种选择性激光烧结用尼龙-实心玻璃微珠复合粉末材料。

5、将步骤4粉末在SLS设备上成型，制备工艺参数为：激光功率44W，扫描速度4000mm/s，扫描间距0.3，烧结层厚0.12mm；将所得SLS制件按ISO标准进行性能测试，结果见表1。

实施例3

1、将6KgPA12颗粒、4kg实心玻璃微珠与100L乙醇加入到密封容器中，对容器内进行充放氮气3次，密封容器内压力达到0.2MPa。

4、将步骤3得到的粉末颗粒与抗氧剂，流动助剂按照1：0.01： 0.02比例配比混合，筛分，得到一种选择性激光烧结用尼龙-实心玻璃微珠复合粉末材料。

5、将步骤4粉末在SLS设备上成型，制备工艺参数为：激光功率44W，扫描速度4000mm/s，扫描间距0.3，烧结层厚0.12mm；将所得SLS制件按ISO标准进行性能测试，结果见表1

对比例1

1、将10KgPA12颗粒与100L乙醇加入到密封容器中，对容器内进行充放氮气3次，密封容器内压力达到0.2MPa。

3、将步骤2所得到的粉末颗粒进行分离干燥，将颗粒分离出来，得到的粉末颗粒与抗氧剂，流动助剂按照1：0.05：0.05比例配比混合，筛分，得到一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料。

4、将步骤3粉末在SLS设备上成型，制备工艺参数为：激光功率44W，扫描速度4000mm/s，扫描间距0.3，烧结层厚0.12mm；将所得SLS制件按ISO标准进行性能测试，结果见表1。

对比例2

将6kg对比例一制备的PA12粉末,4kg实心玻璃微珠，，一起加入立式搅拌器中机械混合1h得到实心玻璃微珠增强的尼龙12-玻璃微珠粉末材料。用在SLS设备上成型，制备工艺参数为：激光功率 40W，扫描速度4000mm/s，扫描间距0.15，烧结层厚0.12mm；将所得SLS制件按ISO标准进行性能测试，结果见表1，微观形貌图见图2。

表1：材料SLS打印制件的力学性能

本发明中的流动助剂采用本领域中的常用流动助剂，可以采用聚丙烯塑料增流剂，聚碳酸酯塑料增流剂，聚酯增流剂，高抗冲聚苯乙烯塑料增流剂等。

本发明中的抗氧剂采用本领域中的常用塑料抗氧剂，可以采用磷类抗氧剂、酚类抗氧剂或天然抗氧剂等。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末，其特征在于：包括实心玻璃微珠晶核，所述实心玻璃微珠晶核外包覆有一层尼龙层，所述实心玻璃微珠晶核的颗粒粒径尺寸为5-40μm，所述复合粉末的平均粒径大小为50-70μm。

2.一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

（1）将尼龙粒料、实心玻璃微珠与有机溶剂放置于密封容器中，对容器进行充放氮气，排除容器内的空气后，使容器内保持0.2MPa的压力；

（2）对物料及溶剂进行加热，待物料温度升温至160℃时，进行保温；

（3）待保温结束后，对物料进行降温，首先慢速降温至100℃度；在此降温过程中，尼龙会以实心玻璃微珠为晶核逐步结晶析出；

（4）对物料迅速降温至室温，对制得的尼龙-实心玻璃微珠复合粉末颗粒进行分离干燥，所得到的粉末颗粒即为目标材料；

（5）步骤（4）中的目标材料与一定量的流动助剂，抗氧剂均匀混合，所得粉末过筛即为可用于选择性激光烧结用的目标材料。

3.根据权利要求2所述的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的尼龙粒料选用尼龙12、尼龙6、尼龙11、尼龙1212、尼龙1010、尼龙66中的一种或几种。

4.根据权利要求2所述的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的溶剂选用醇类溶剂，酮类溶剂，酰胺类溶剂中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于：所述实心玻璃微珠晶核的颗粒粒径尺寸为5-40μm。

6.根据权利要求2所述的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中实心玻璃微珠的质量分数在20%-40%。

7.根据权利要求2所述的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中保温的时间为2h。

8.根据权利要求2所述的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中慢速降温的速度为0.7℃/min。

9.根据权利要求2所述的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中迅速降温的速度为3℃/min。

10.根据权利要求2所述的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中的流动助剂的质量分数为0.1%-1%，抗氧剂的质量分数为0.1%-2%。