CN102337021A - 一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的尼龙复合粉末材料，具体包括如下组分：尼龙树脂粉末，实心玻璃微珠，偶联剂，光吸收剂，流动助剂，抗氧剂。该尼龙复合粉末材料具有优良的力学性能及成型效果，所得SLS成型件尺寸稳定性好，其拉伸强度及弯曲强度均有所上升，尤其弯曲模量提高了60～70％，同时材料成本降低30％以上，材料制备工艺简单、环保无污染，是一种适用于SLS的高性能、低成本、无污染的新型尼龙复合粉末材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子复合材料，尤其涉及一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末材料。
背景技术
在选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)工艺中，粉末材料是影响制件性能的关键因素，目前高分子尼龙粉末材料是SLS制造领域使用最为广泛的原材料，其制件致密度高、力学性能好，可广泛应用于航空航天工程、国防军工产品、建筑工程模型、机械制造、艺术品制作等领域。但是单纯的尼龙粉末材料在性能上具有一定的局限性，而且价格比较昂贵。工业上常用玻璃纤维对高分子材料进行增强改性，如专利CN101348609通过添加玻璃纤维等组分对尼龙粉末材料进行改性，提高了尼龙复合材料注塑件的弯曲强度、弯曲模量及耐高温性能等，但研究仅涉及尼龙复合材料注塑件，而添加玻璃纤维的尼龙复合材料铺粉性能及SLS成型性能都非常不好，不适用于SLS工艺。专利CN1379061通过添加滑石粉、玻璃球、纳米二氧化硅、聚苯乙烯等填料对SLS尼龙粉末材料进行改性，使其SLS制件具有较好的成型性能、强度和韧性，但其使用的填料种类多，工艺较为复杂，成本高。玻璃微珠是一种硅酸盐类材料，其具有高压缩强度、化学性能稳定、低热导率和热收缩系数等优点，其球形表面光滑、填充能力高、流动性好，以其作为填料的复合材料具有优异的加工性能；玻璃微珠球形颗粒的应力集中小，玻璃微珠微粒填充到材料中可以引发大量细小银纹而不引起破坏性裂纹，同时球形表面更有利于将所受到的外力均匀地传递给周围基体，从而改善复合材料的力学性能。玻璃微珠作为高分子材料改性剂性能好、价格低，具有较高的应用价值，如专利CN101597425在聚碳酸酯粉末材料中添加了实心玻璃微珠，改善材料的成型性能，提高其SLS制件的刚性、机械强度、耐磨性、尺寸稳定性等；专利CN101724258在采用玻璃纤维对尼龙进行增强改性的同时，添加空心玻璃微珠作为填料，降低材料的翘曲程度、改善注塑件外观，取得了较好的效果。但上述研究均未涉及有关基于SLS技术的玻璃微珠改性尼龙材料的报道，现有技术缺陷限制了SLS技术的应用发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末材料，该尼龙复合粉末材料具有优良的SLS成型性能，其SLS制件力学性能好、刚性高、尺寸稳定性好，同时材料制备工艺简单、环保无污染，SLS制件成本得到大幅度降低。
本发明提供的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末材料，是由以下组分组成的：尼龙树脂粉末，实心玻璃微珠，偶联剂，光吸收剂，流动助剂，抗氧剂；各组分按下述重量份数配比：
尼龙树脂 35-65
实心玻璃微珠 35-65
偶联剂 0.2-2
流动助剂 0.1-1
光吸收剂 0.1-1
抗氧剂 0.5-1
上述尼龙树脂选自PA6，PA66，PA1010，PA11，PA12中的一种或者几种。
上述实心玻璃微珠粒径为20～50μm。
上述偶联剂为硅烷类偶联剂，优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
上述流动助剂为纳米碳化硅粉、纳米二氧化硅、纳米氧化铝与纳米氧化钛中的一种或几种。
上述光吸收剂为苯酮类、苯并***类、取代丙烯腈类、三嗪类与受阻胺类光吸收剂中的一种或几种；其中苯酮类光吸收剂优选为2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，苯并***类光吸收剂优选为2-(2′-羟基-3′，5′-二叔苯基)-5-氯化苯并***等，三嗪类光吸收剂优选为2，4，6-三(2′-正丁氧基苯基)-1，3，5-三嗪，受阻胺类优选为二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基(癸二酸酯、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
上述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成的复合抗氧剂，其中受阻酚类抗氧剂优选为1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2，6-二叔丁基-4-甲基-苯酚、N，N′-二(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)、2，2′-双(4-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷、2，2′-双(4-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一种或几种，其用量为复合抗氧剂总重量的60-80％；其中亚磷酸酯类抗氧剂优选为2，2′-亚乙基双(4，6-二叔丁基苯基)氟代亚磷酸酯、四(2，4-二叔丁基苯基)-4，4′-联苯基双亚磷酸酯中的一种或几种，其用量为复合抗氧剂总重量的20-40％。
根据上述组分与配比按以下方法制备所述一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末材料：
先将偶联剂溶于乙醇/水混和溶剂配制成质量浓度3％的溶液，再加入实心玻璃微珠混和均匀，干燥，球磨，过250目筛，得到表面有机化处理的实心玻璃微珠；取适量上述玻璃微珠加至机械搅拌器内，再往搅拌器中添加尼龙树脂粉末、流动助剂、光吸收剂、抗氧剂，搅拌均匀，过150目筛，得到所需的尼龙复合粉末材料。
将所得尼龙复合粉末材料用于SLS成型设备成型，所得成型件按ASTM标准进行性能测试。
上述操作中所用的加料、搅拌、干燥、过筛及SLS成型方法为本领域技术人员公知的方法。本领域技术人员根据本发明公开的内容，采用其它替换方案实现本发明目的的技术手段均属于本发明范围。
本发明提供的尼龙复合粉末材料具有优良的力学性能及SLS成型效果，所得SLS成型件尺寸稳定性好，其拉伸强度及弯曲强度均有所上升，尤其弯曲模量提高了60～70％，同时材料成本降低30％以上，材料制备工艺简单、环保无污染，是一种适用于SLS的高性能、低成本、无污染的新型尼龙复合粉末材料，有效促进了SLS技术在各领域的应用发展。
具体实施方式
实施例1
取300克γ-氨丙基三乙氧基硅烷，溶于9700克乙醇/水(质量比95∶2)混和溶剂，得质量浓度2％的溶液；取实心玻璃微珠4000克，加至上述溶液中，混和均匀，在室温下干燥2天，再在65℃下干燥2小时，球磨，过250目筛，得到表面有机化处理的实心玻璃微珠；
取上述玻璃微珠1750克加至机械搅拌器内，再往搅拌器中添加尼龙12粉料3250克、流动助剂40克、光吸收剂40克、抗氧剂40克，搅拌均匀，过150目筛，得到尼龙复合粉末材料。
在SLS设备上成型上述所得尼龙复合粉末材料，制备工艺参数为：激光功率12W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度170℃；将所得SLS成型件按ASTM标准进行性能测试，结果见表1。
实施例2
取300克γ-氨丙基三乙氧基硅烷，溶于9700克乙醇/水(质量比95∶2)混和溶剂，得质量浓度3％的溶液；取实心玻璃微珠4000克，加至上述溶液中，混和均匀，在室温下干燥2天，再在65℃下干燥2小时，球磨，过250目筛，得到表面有机化处理的实心玻璃微珠；
取上述玻璃微珠2250克加至机械搅拌器内，再往搅拌器中添加尼龙12粉料2750克、流动助剂45克、光吸收剂45克、抗氧剂45克，搅拌均匀，过150目筛，得到尼龙复合粉末材料。
在SLS设备上成型上述所得尼龙复合粉末材料，制备工艺参数为：激光功率12W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度170℃；将所得SLS成型件按ASTM标准进行性能测试，结果见表1。
实施例3
取300克γ-氨丙基三乙氧基硅烷，溶于9700克乙醇/水(质量比95∶2)混和溶剂，得质量浓度3％的溶液；取实心玻璃微珠4000克，加至上述溶液中，混和均匀，在室温下干燥2天，再在65℃下干燥2小时，球磨，过250目筛，得到表面有机化处理的实心玻璃微珠；
取上述玻璃微珠2750克加至机械搅拌器内，再往搅拌器中添加尼龙12粉料2250克、流动助剂45克、光吸收剂45克、抗氧剂45克，搅拌均匀，过150目筛，得到尼龙复合粉末材料。
在SLS设备上成型上述所得尼龙复合粉末材料，制备工艺参数为：激光功率12W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度170℃；将所得SLS成型件按ASTM标准进行性能测试，结果见表1。
对比例
将原料尼龙12粉直接在SLS设备上成型，制备工艺参数为：激光功率12W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm，烧结层厚度0.1mm，预热温度170℃；将所得SLS成型件按ASTM标准进行性能测试，结果见表1。
表1SLS成型件性能测试
Claims (9)
1.一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末材料，其特征在于所述的尼龙复合粉末材料是由以下组分组成的：尼龙树脂，实心玻璃微珠，偶联剂，光吸收剂，流动助剂，抗氧剂。
2.根据权利要求1所述，其特征是各组分按下述重量份数配比：
尼龙树脂 35-65
实心玻璃微珠 35-65
偶联剂 0.2-2
流动助剂 0.1-1
光吸收剂 0.1-1
抗氧剂 0.5-1。
3.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的尼龙树脂选自PA6，PA66，PA1010，PA11，PA12。
4.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的实心玻璃微珠粒径为20～50μm。
5.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的偶联剂为硅烷类偶联剂，优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
6.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的流动助剂为纳米碳化硅粉、纳米二氧化硅、纳米氧化铝与纳米氧化钛中的一种或几种。
7.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的光吸收剂为苯酮类、苯并***类、取代丙烯腈类、三嗪类与受阻胺类光吸收剂中的一种或几种；其中苯酮类光吸收剂优选为2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，苯并***类光吸收剂优选为2-(2′-羟基-3′，5′-二叔苯基)-5-氯化苯并***等，三嗪 类光吸收剂优选为2，4，6-三(2′-正丁氧基苯基)-1，3，5-三嗪，受阻胺类优选为二(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基(癸二酸酯、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
8.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂组成的复合抗氧剂，其中受阻酚类抗氧剂优选为1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2，6-二叔丁基-4-甲基-苯酚、N，N′-二(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酰胺)、2，2′-双(4-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷、2，2′-双(4-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一种或几种，其用量为复合抗氧剂总重量的60-80％；其中亚磷酸酯类抗氧剂优选为2，2′-亚乙基双(4，6-二叔丁基苯基)氟代亚磷酸酯、四(2，4-二叔丁基苯基)-4，4′-联苯基双亚磷酸酯中的一种或几种，其用量为复合抗氧剂总重量的20-40％。
9.根据权利要求1所述，其特征是所述的尼龙复合粉末材料按以下步骤制备：先将偶联剂溶于乙醇/水混和溶剂配制成质量浓度3％的溶液，再加入实心玻璃微珠混和均匀，干燥，球磨，过250目筛，得到表面有机化处理的实心玻璃微珠；取适量上述玻璃微珠加至机械搅拌器内，再往搅拌器中添加尼龙树脂、流动助剂、光吸收剂、抗氧剂，搅拌均匀，过150目筛，得到所需的一种用于选择性激光烧结的尼龙复合粉末材料。
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