CN111218030A - 一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法，通过两个步骤：尼龙分子的去氧化和补水；粒径变化的尼龙分子的筛除而最终实现。本发明可回复尼龙分子链结构、消除氧化、补充水、去除分子结构不可逆转变余料。

Description

一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法
技术领域
本发明涉及化工复合材料技术领域，尤其涉及一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法。
背景技术
尼龙是一种热塑性塑料，成品表面硬度大，弹性高，耐热性、化学稳定性、绝缘性良好，在汽车零部件、家用电器等领域得到广泛的应用。尼龙材料因具有易于加工和上色的优点使其在3D打印领域得到了广泛的应用。目前，3D打印尼龙材料主要用于制造功能性测试的原型件和不需要工具加工的耐用性成品零件以及满足厂商需求的精密零件的样件。3D打印后尼龙回收材料因老化、降解，其性能已经明显衰减，在尼龙回收料的再次造粒过程中，尼龙分子链链段会再次破坏和降解，因此现有技术中为了更好的利用回收料，一般会进行再改性，提高尼龙的强度、流动性、烧结性和耐老化性能。
但实际情况是，虽然添加了各种助剂后回收的选择性激光烧结用尼龙粉末材料粉的基本烧结成型性能、材料基础性能都能回复到尼龙新料的80％-85％左右，但仅添加了50％回收料的实际烧结产品机械强度、延伸率和拉伸强度相较纯新粉的尼龙烧结产品都有非常明显的下降，根本原因就是尼龙性能变差的根本因素没有被消除，所有简单添加功能助剂的方式都只能是隔靴搔痒，而根据研究，回收的选择性激光烧结用尼龙粉末材料粉其劣化的根本因素有三，均是分子层面的结构变化：一是高温区尼龙粒子边界由于缩聚反应产生的聚结；二是尼龙碳链中的水含量大幅降低导致的尼龙粘弹特性不可逆地演变；三是尼龙分子链中的部分C-O单键被氧化或断裂后引发的烧结性能降低。
因此，市面上急需一种回复尼龙分子链结构、消除氧化、补充水、去除分子结构不可逆转变余料的选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法。
发明内容
本发明旨在提供一种回复尼龙分子链结构、消除氧化、补充水、去除分子结构不可逆转变余料的选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法，包括以下步骤：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备硫酸铵0.05-0.08份、维生素C1份-1.2份、待回收尼龙粉末80份-100份；
②工装准备：准备孔径0.1mm的聚氨酯筛网、孔径0.03mm的不锈钢筛网；
2)待回收尼龙预处理
①将阶段1)步骤①准备的硫酸铵、维生素C混合并搅拌均匀，然后在混合物中注入适量去离子水，使混合物能完全溶解且所获得溶液的PH值1.5-3，获得处理液；
②将阶段1)步骤①准备的待回收尼龙全部投入步骤①获得的处理液中，然后在处理液中施加0.05A·dm2-0.2A·dm2的电流密度，并以20rpm/min-25rpm/min的速率施加搅拌，持续18min-20min，进行固液分离处理；最后采用去离子水将分离出的固体部分漂洗干净，并采用50℃-60℃烘干，获得预处理待回收尼龙粉末；
3)尼龙的回收
①将阶段2)步骤②准备的预处理待回收尼龙依次通过阶段1)步骤②准备的孔径0.1mm的聚氨酯筛网和孔径0.03mm的不锈钢筛网，通过了聚氨酯筛网并被截留在不锈钢筛网上的尼龙粉末即为所需回收的尼龙粉末。
上述的一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法，其中阶段2)步骤①具体为在硫酸铵、维生素C混合物注入适量去离子水，使混合物能完全溶解且所获得溶液的PH值2.0-2.5，获得处理液。
上述的一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法，其中阶段2)步骤②所述的在处理液中施加的电流密度具体为0.1A·dm2-0.12A·dm2。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：(1)本发明与现有尼龙回收技术是可以兼容的，即经本发明回收的尼龙仍然可以根据性能需要添加各种功能助剂以便实现目标性能，究其原因，本发明不是从简单添加功能助剂的形式改变回收料的检测性能，而是从分子层面逆反因3D激光打印高能环境带来的分子结构转变的原理考虑，因此从技术构思上不同于现有技术。(2)本发明通过大量的基础实验摸索，获取了将被氧化及脱水的尼龙分子还原的处理工艺，即如本发明所述的以维生素C(抗坏血酸)为还原剂，以硫酸铵为引发剂，在适度的电流密度环境促进和适度的PH值保护下对回收的部分氧化余粉进行还原处理，同时通过注入H+获得分子层面的“补水效果”，因此这样回收的余粉是大部分消除了氧化和脱水影响的分子链结构与新粉接近的余粉(当然仍然不是完全的回复)。(3)对于分子层面无法解决和消除的两类分子结构变化：缩聚和碳链断裂，本发明是通过设置筛网的物理过滤方式解决的，轻微的缩聚和碳链断裂本发明并不能筛除，这也是本发明下一步应加以改进的部分，但有一定反应深度的缩聚和碳链断裂会反应到颗粒上来，比如缩聚严重的尼龙颗粒们会因团聚而尺寸增加，碳链断裂严重的粉粒会因老化脱粉而在碰撞中尺寸减小，因适用于申请人目前使用的3D激光打印工艺的尼龙粉粒径为30μm-90μm，故此通过简单的物理筛除即能除去大部分劣化严重的余粉，尽量保证回收粉粒的整体性能。因此，本发明具有回复尼龙分子链结构、消除氧化、补充水、去除分子结构不可逆转变余料的特性。
具体实施方式
实施例1：
一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法，包括以下步骤：
①针对待回收尼龙粉末重量100kg的目标材料，准备硫酸铵0.06kg、维生素C1.1kg、孔径0.1mm的聚氨酯筛网、孔径0.03mm的不锈钢筛网；
②将硫酸铵、维生素C混合并搅拌均匀，然后在混合物中注入适量去离子水，使混合物能完全溶解且所获得溶液的PH值2-2.5，获得处理液；
③将待回收尼龙全部投入处理液中，然后在处理液中施加0.1A·dm2-0.12A·dm2的电流密度，并以20rpm/min-25rpm/min的速率施加搅拌，持续18min-20min，进行固液分离处理；最后采用去离子水将分离出的固体部分漂洗干净，并采用50℃-60℃烘干，获得预处理待回收尼龙粉末；
④将预处理待回收尼龙依次通过孔径0.1mm的聚氨酯筛网和孔径0.03mm的不锈钢筛网，通过了聚氨酯筛网并被截留在不锈钢筛网上的尼龙粉末即为所需回收的选择性激光烧结用尼龙粉末材料粉末。
申请人分别以尼龙12和共混有质量比40％玻纤的玻纤增强尼龙12为试验原料，对实施例的回收方法进行效果验证，证明将采用本实施例回收的余粉与新粉按质量比1：1的比例掺杂，与纯新粉打印的产品，各制造三件样品并取性能平均数相比较，性能对比如下(下同)：
Figure BDA0002398381850000051
实施例2：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
①针对待回收尼龙粉末重量100kg的目标材料，准备硫酸铵0.05kg、维生素C1kg、孔径0.1mm的聚氨酯筛网、孔径0.03mm的不锈钢筛网；
②将硫酸铵、维生素C混合并搅拌均匀，然后在混合物中注入适量去离子水，使混合物能完全溶解且所获得溶液的PH值1.5-2，获得处理液；
③将待回收尼龙全部投入处理液中，然后在处理液中施加0.05A·dm2-0.1A·dm2的电流密度，并以20rpm/min-25rpm/min的速率施加搅拌，持续18min-20min，进行固液分离处理；最后采用去离子水将分离出的固体部分漂洗干净，并采用50℃-60℃烘干，获得预处理待回收尼龙粉末；
实施例3：
①针对待回收尼龙粉末重量100kg的目标材料，准备硫酸铵0.08kg、维生素C1.2kg、孔径0.1mm的聚氨酯筛网、孔径0.03mm的不锈钢筛网；
②将硫酸铵、维生素C混合并搅拌均匀，然后在混合物中注入适量去离子水，使混合物能完全溶解且所获得溶液的PH值2.5-3，获得处理液；
③将待回收尼龙全部投入处理液中，然后在处理液中施加0.12A·dm2-0.2A·dm2的电流密度，并以20rpm/min-25rpm/min的速率施加搅拌，持续18min-20min，进行固液分离处理；最后采用去离子水将分离出的固体部分漂洗干净，并采用50℃-60℃烘干，获得预处理待回收尼龙粉末；
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法，其特征在于包括以下步骤：
1)原料准备
①原材料准备：按重量份准备硫酸铵0.05-0.08份、维生素C1份-1.2份、待回收尼龙粉末80份-100份；
②工装准备：准备孔径0.1mm的聚氨酯筛网、孔径0.03mm的不锈钢筛网；
2)待回收尼龙预处理
①将阶段1)步骤①准备的硫酸铵、维生素C混合并搅拌均匀，然后在混合物中注入适量去离子水，使混合物能完全溶解且所获得溶液的PH值1.5-3，获得处理液；
②将阶段1)步骤①准备的待回收尼龙全部投入步骤①获得的处理液中，然后在处理液中施加0.05A·dm2-0.2A·dm2的电流密度，并以20rpm/min-25rpm/min的速率施加搅拌，持续18min-20min，进行固液分离处理；最后采用去离子水将分离出的固体部分漂洗干净，并采用50℃-60℃烘干，获得预处理待回收尼龙粉末；
3)尼龙的回收
①将阶段2)步骤②准备的预处理待回收尼龙依次通过阶段1)步骤②准备的孔径0.1mm的聚氨酯筛网和孔径0.03mm的不锈钢筛网，通过了聚氨酯筛网并被截留在不锈钢筛网上的尼龙粉末即为所需回收的尼龙粉末。
2.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法，其特征在于：其中阶段2)步骤①具体为在硫酸铵、维生素C混合物注入适量去离子水，使混合物能完全溶解且所获得溶液的PH值2.0-2.5，获得处理液。
3.根据权利要求1所述的一种选择性激光烧结用尼龙粉末材料的回收方法，其特征在于：其中阶段2)步骤②所述的在处理液中施加的电流密度具体为0.1A·dm2-0.12A·dm2。
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CN113478831A (zh) * 2021-07-21 2021-10-08 贵州省冶金化工研究所 一种尼龙12全余粉再利用选择性激光打印方法

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