CN110283445B - 一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料及其制备方法 - Google Patents

一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料及其制备方法，属于增材制造领域。按重量份包括以下成分：聚芳醚酮咪唑70‑90；改性剂5‑20；流动剂1‑5；光吸收剂1‑3；热稳定剂0.1‑2；本发明的目的在于提供一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料及其制备方法，通过对聚芳醚酮咪唑材料改性，降低打印预热温度，降低能耗，提高烧结工艺控制精度，同时提高打印件韧性。大大开拓了耐热高分子材料在增材制造领域的应用。

Description

一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体地说就是一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料及其制备方法。
背景技术
选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)技术是近年来发展起来的一项高新技术，它集成了现代数控技术、CAD/CAM技术、激光技术及新材料等领域的新成果，选择性激光烧结成型技术主要由以下步骤组成：（1）在计算机中建立制品的三维实体CAD模型，然后用分层软件进行分层处理，得到每一加工层面信息，并将其转化为电信号控制激光扫描系统工作；（2）在成型工作台面上铺设一层致密均匀的成型粉末材料,激光束在计算机控制下根据切片层面信息对成型粉末材料进行扫描烧结，被激光束照射的粉末熔化并在随后的冷却过程中粘接在一起，完成第一个层面的加工；（3）逐层铺粉，逐层扫描烧接，采用上述叠加成形法，最后制造出三维实体零件，全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到一烧结好的零件。采用SLS技术成功解决了计算机辅助设计中三维造型的“看得见，摸不着”的问题。快速制造出实物模型，缩短了产品开发周期。
目前用于SLS技术的高分子粉末材料有：聚苯乙烯（PS）粉末、尼龙（PA）粉末、ABS粉末、聚醚醚酮（PEEK）粉末等。其中PEEK材料是一种半结晶性热塑型树脂，它因为良好的机械性能和热稳定性被应用于医疗、航空等领域。也是目前激光烧结主要采用的一种耐热高分子材料。PEEK的玻璃化转变温度(Tg)为143℃，熔点（Tm）范围在330～350℃，其结构特点决定此类材料存在不足：烧结预热温度高达300℃以上，结晶性材料烧结工艺控制难度高，在SLS成型中常会导致制件翘曲、收缩变形严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料及其制备方法，通过对聚芳醚酮咪唑材料改性，降低打印预热温度，降低能耗，提高烧结工艺控制精度，同时提高打印件韧性。大大开拓了耐热高分子材料在增材制造领域的应用。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料，按重量份包括以下成分：
聚芳醚酮咪唑：70-90；
改性剂：5-20；
流动剂：1-5；
光吸收剂：1-3；
热稳定剂：0.1-2。
作为优化，所述改性剂为一种橡塑核壳结构的聚合物，所述的橡塑核壳结构的聚合物包括以聚丙烯酸丁酯橡胶构成的内核和以聚甲基丙烯酸甲酯塑料构成的外壳，核壳重量比为：40/60～55/45。
作为优化，所述的流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。流动助剂即可起增加粉料流动性、又能为烧结材料起到补强作用。
作为优化，所述的光吸收剂包括二苯甲酮类光吸收剂、苯并三唑类光吸收剂、受阻胺类光吸收剂。
作为优化，所述的光吸收剂包括二苯甲酮类光吸收剂。
作为优化，所述的二苯甲酮类光吸收剂为2,4-二羟基二苯酮、2-二羟基-4-甲氧基二苯酮、2-羟基-4-辛氧基二苯酮中的一种或多种。
作为优化，所述热稳定剂为复合热稳定剂，由热稳定剂168、110、1096等一种或多种复配。
一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料的制备方法，制备过程包括以下步骤：
a.将制备的聚芳醚酮咪唑、改性剂，与流动剂、光吸收剂、热稳定剂，按一定比例加入至混合搅拌器内搅拌均匀；
b.采用双螺杆挤出机对聚芳醚酮咪唑进行共混改性，机头温度设定210～220℃，挤出机设定温度为180～200℃；
c.共混改性后的聚芳醚酮咪唑，经塑料磨粉机研磨制粉；
d过筛，其中筛网为120目筛；
e.得到基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料。
本发明的有益效果是：本发明提供一种用于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料，通过对聚芳醚酮咪唑材料改性，降低打印预热温度，降低能耗，提高烧结工艺控制精度，同时提高打印件韧性,大大开拓了耐热高分子材料在增材制造领域的应用，经过改性的无定形耐热高分子材料，具有较高的玻璃化转变温度和热分解温度，用于选择性激光烧结，烧结预热温度较PEEK低、工艺控制简单，原本使用的材料PEEK是一个半结晶材料，打印温度至少在330-350℃，而聚芳醚酮咪唑是一种无定型材料，打印温度至少是玻璃化温度，即250℃左右，在用于SLS成型时，在保证优良力学性能、高精度及优良成型效果的同时，又增强成形件韧性，有效改善了SLS制件综合性能，尤其适用于航空、医疗等对制件性能要求高的制造领域。
具体实施方式
实施例1：
聚芳醚酮咪唑16Kg，改性剂3Kg，纳米二氧化硅400g，纳米氧化钙200g，2,4-二羟基二苯酮300g，110热稳定剂300g，放入混合搅拌器中，搅拌均匀；采用双螺杆挤出共混改性，机头温度设定215℃，经塑料磨粉机研磨制粉，用筛网为120目筛，过筛；即制得选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑粉末材料。
在SLS成形设备上成形上述所得聚芳醚酮咪唑粉末材料，制备工艺参数为：激光功率50W，扫描速度1800mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度206℃。将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试，测试结果为：拉伸强度132MPa,弯曲强度191MPa，缺口冲击强度12.1KJ/m2，热变形温度144℃。
实施例2：
聚芳醚酮咪唑粉17Kg，改性剂2Kg，纳米二氧化硅600g，2,4-二羟基二苯酮150g、2-二羟基-4-甲氧基二苯酮150g，放入混合搅拌器中，搅拌均匀，采用双螺杆挤出共混改性，机头温度设定215℃；经塑料磨粉机研磨制粉，用筛网为120目筛，过筛；即制得选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑粉末材料。
在SLS成形设备上成形上述所得聚芳醚酮咪唑粉末材料，制备工艺参数为：激光功率50W，扫描速度1800mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度206℃。将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试，测试结果为：拉伸强度137MPa，弯曲强度187MPa，缺口冲击强度11.7KJ/m2，热变形温度146℃。
实施例3：
聚芳醚酮咪唑17Kg，改性剂1Kg,纳米二氧化硅200g，纳米氧化钙200g，纳米氧化铝200克， 2,4-二羟基二苯酮300g，1010热稳定剂300g，放入混合搅拌器中，搅拌均匀；采用双螺杆挤出共混改性，机头温度设定215℃，经塑料磨粉机研磨制粉，用筛网为120目筛，过筛；即制得选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑粉末材料。
在SLS成形设备上成形上述所得聚芳醚酮咪唑粉末材料，制备工艺参数为：激光功率50W，扫描速度1800mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度206℃。将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试，测试结果为：拉伸强度105MPa，弯曲强度151MPa，缺口冲击强度7.4KJ/m2，热变形温度161℃。
实施例4：
聚芳醚酮咪唑15Kg，改性剂4Kg，纳米二氧化硅500g，纳米二氧铝100g，2,4-二羟基二苯酮100g、2-羟基-4-辛氧基二苯酮200g，110热稳定剂300g，放入混合搅拌器中，搅拌均匀；采用双螺杆挤出共混改性，机头温度设定215℃，经塑料磨粉机研磨制粉，用筛网为120目筛，过筛；即制得选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑粉末材料。
在SLS成形设备上成形上述所得聚芳醚酮咪唑粉末材料，制备工艺参数为：激光功率50W，扫描速度1800mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度206℃。将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试，测试结果为：拉伸强度119MPa，弯曲强度174MPa，缺口冲击强度15.4KJ/m2，热变形温度123℃。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书的一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料及其制备方法且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料，其特征在于：按重量份由以下成分组成：聚芳醚酮咪唑：70-90；
改性剂：5-20；
流动剂：1-5；
光吸收剂：1-3；
热稳定剂：0.1-2；
所述改性剂为一种橡塑核壳结构的聚合物，所述的橡塑核壳结构的聚合物包括以聚丙烯酸丁酯橡胶构成的内核和以聚甲基丙烯酸甲酯塑料构成的外壳，核壳重量比为：40/60～55/45。
2.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料，其特征在于：所述的流动剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料，其特征在于：所述的光吸收剂选自二苯甲酮类光吸收剂、苯并三唑类光吸收剂、受阻胺类光吸收剂。
4.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料，其特征在于：所述的光吸收剂包括二苯甲酮类光吸收剂。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于选择性激光 烧结的聚芳醚酮咪唑材料，其特征在于：所述的二苯甲酮类光吸收剂为2 ,4-二羟基二苯酮、2-二羟基-4-甲氧基二苯酮、2-羟基-4-辛氧基二苯酮中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料，其特征在于：所述热稳定剂选自抗氧剂168、1010、1096一种或多种。
7.如权利要求1所述一种基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料的制备方法，其特征在于：制备过程包括以下步骤：
a .将制备的聚芳醚酮咪唑、改性剂，与流动剂、光吸收剂、热稳定剂，按一定比例加入至混合搅拌器内搅拌均匀；
b.采用双螺杆挤出机对聚芳醚酮咪唑进行共混改性，机头温度设定210～220℃，挤出机设定温度为180～200℃；
c.共混改性后的聚芳醚酮咪唑，经塑料磨粉机研磨制粉；
d.过筛，其中筛网为120目筛；
e.得到基于选择性激光烧结的聚芳醚酮咪唑材料。
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