一種用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，包括塑料粉體和無機納米材料，其中塑料粉體直徑為40～150μm，無機納米材料占總重量的0.01～5％；所述無機納米材料為表面改性的無機納米顆粒或者未改性無機納米材料。本發明用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，向塑料粉體中加入少量改性或未改性的無機納米材料，由于納米材料結構特殊且處于熱力學不穩定狀態，具有獨特的表面界面效應，可以顯著增強粉體的流動性和粉末松裝密度，更適合于SLS燒結；本發明用于選擇性激光燒結的粉體材料對塑料粉體種類無特別要求，適用范圍廣。
【專利說明】一種用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料
【技術領域】
[0001] 本發明屬于3D打印耗材領域，涉及一種3D打印用粉體，特別涉及一種用于選擇性 激光燒結的高流動性粉體材料。
【背景技術】
[0002] 增材制造技術又稱為"3D打印技術"，是當前受到高度關注的新型制造技術，它與 機器人技術、人工智能技術一起被稱為推動第三次工業革命的關鍵技術。選擇性激光燒結 (SLS)是3D打印中的一項非常重要的技術。SLS工藝是一種基于離散/堆積成形原理，集 計算機、數控、激光和新材料等新技術為一體，有選擇地對金屬或非金屬粉末材料進行燒結 來快速制備產品。聚合物SLS技術燒結所需的激光功率小、不受零件形狀復雜程度的限制， 可精確快速還原設計理念，能直接加工成型近致密零件、功能測試件，完全突破了傳統制造 技術的限制，在近年來獲得快速發展。SLS工藝對燒結材料的種類、粒徑、流動性和松裝密度 有較高要求，目前燒結材料的制備已經成為SLS工藝的關鍵因素。
[0003] 制備塑料微球的方法主要有以下幾種：1)采用直接乳液聚合、懸浮聚合如制備聚 苯乙烯、丙烯酸微球等；2)沉淀法制備球形粉體（專利201110313990. 0制備聚酰胺微球）； 3)噴霧干燥法；4)高溫烘烤（ZL200880014068在至少高于Tg溫度20°C的條件下回火30min 以上的方法提高材料的球形度，從而提高流動性）；5)向塑料粉體添加微米級填料（專利 200580009126采用添加玻璃纖維或碳纖維，獲得球形粉體）。
[0004] 上述方法1)-3)存在對材料選擇性強，對于一些高性能不溶不熔材料，如聚醚醚 酮、聚酰亞胺等難于適用的問題；4)存在工藝復雜，對過程控制要求高的問題；5)存在提高 強度的同時降低了產品的韌性的問題。因此有必要開發一種工藝簡單，對粉體材料具有普 適性的可以同時提高粉體流動性、產品強度及塑韌性的方法。
[0005] 納米材料結構特殊，表面處于不穩定狀態，具有獨特的表面與界面效應，具有十分 廣泛的運用前景。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此，本發明的目的在于提供一種綜合性能優異的用于選擇性激光燒結的粉 體材料。
[0007] 為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0008] -種用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，包括塑料粉體和無機納米材料， 其中塑料粉體直徑為40?150 μ m，無機納米材料占總重量的0. 01?5%。
[0009] 作為本發明用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的優選，所述無機納米材料 為表面改性的無機納米顆粒。
[0010] 作為本發明用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的優選，所述無機納米材料 為表面改性的無機納米材料和未改性無機納米材料的混合物。
[0011] 作為本發明用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的優選，所述塑料粉體為聚 酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚芳醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚四氟乙烯或聚醚醚酮粉體。
[0012] 作為本發明用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的優選，所述無機納米材料 為納米Si0 2、納米A1203、納米Ti02、納米ZnO、納米Zr0 2，納米輕基磷灰石、碳納米管或碳納米 纖維。
[0013] 作為本發明用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的優選，所述塑料粉體直徑 為60?130 μ m，所述無機納米材料占總重量的1?3%。
[0014] 作為本發明用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的進一步優選，表面改性的 無機納米材料采用硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鉻絡合物偶聯劑、鋯偶聯劑改性。
[0015] 作為本發明用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的進一步優選，所用改性偶 聯劑為無機納米材料量的0. 5?5%。
[0016] 本發明的有益效果在于：
[0017] 本發明用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料向塑料粉體中加入少量改性或 未改性的無機納米材料，由于納米材料結構特殊且熱力學狀態極不穩定，具有獨特的表面 界面效應，極易在塑料粉體材料之間自由運動，從而顯著提高粉體的流動性，使其更適合于 SLS燒結；本發明用于選擇性激光燒結的粉體材料對塑料粉體種類無特別要求，適用范圍 廣；本發明添加無機納米材料增強塑料在燒結時的熱穩定性提高，收縮率降低，有利于提高 產品的尺寸穩定性；采用本發明粉體材料激光燒結所獲得的產品在沖擊強度保持不變或略 有上升的情況下，拉伸強度、硬度、模量、耐熱性等得到大幅提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018] 為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行 說明：
[0019] 圖1為本發明實施例1制備用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的工藝流程 圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0021] 以下實施例將公開一種用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，包括塑料粉 體和無機納米材料，其中塑料粉體直徑為40?150 μ m，無機納米材料占總重量的0. 01? 5%。
[0022] 特別的，所述無機納米材料為表面改性的無機納米材料、未改性無機納米材料或 表面改性的無機納米材料與未改性無機納米材料的混合物。
[0023] 特別的，所述塑料粉體為聚酰胺、聚酰亞胺、聚芳醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚四氟 乙烯或聚醚醚酮粉體。
[0024] 特別的，所述無機納米材料為納米S i 02、納米A1203、納米T i 02、納米ZnO、納米Zr 02， 納米羥基磷灰石、碳納米管或碳納米纖維。
[0025] 特別的，表面改性的無機納米材料采用硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鉻絡合物偶聯 齊IJ、鋯偶聯劑改性。
[0026] 特別的，所述塑料粉體直徑為60?130 μ m，所述無機納米材料占總重量的1? 4%，所述改性偶聯劑為無機納米材料含量的0. 5?5%。
[0027] 實施例1 :
[0028] 本實施例制備用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的方法包括以下步驟：
[0029] 1)選擇97份平均直徑為70 μ m的聚醚醚酮粉體，3份納米Si02 ;
[0030] 2)將步驟1)所選納米Si02分散在乙醇溶液中，攪拌30min至均勻后加入0. 15份 硅烷偶聯劑，繼續攪拌30min后抽濾，烘干至恒重；
[0031] 3)將步驟1)所選聚醚醚酮粉體、步驟2)改性處理的納米Si02通過機械攪拌混合 得到所需復合粉體。
[0032] 實施例2 :
[0033] 本實施例制備用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的方法如圖1所示，包括 以下步驟：
[0034] 1)選擇95份平均直徑為120 μ m的聚酰胺粉體，5份納米Si02和納米A1203混合 物；
[0035] 2)將3份步驟1)所選納米Si02和0. 05份硅烷偶聯劑加入乙醇溶液中，然后采用 高能量超聲波（20kHz，4000W)處理3h后濾除乙醇，洗滌3-5次，干燥得到改性納米Si0 2 ;
[0036] 3)將步驟1)所選聚酰胺粉體、步驟2)改性處理的納米Si02和步驟1)未改性的 納米Si0 2混合得到所需復合粉體。
[0037] 實施例3 :
[0038] 本實施例制備用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料的方法包括以下步驟：
[0039] 1)選擇96份平均直徑為40 μ m的聚醚砜粉體，4份納米納米Ti02和碳納米管混 合物；
[0040] 2)將步驟1)所選聚醚砜粉體和納米Si02通過機械攪拌混合得到所需復合粉體。
[0041] 對實施例1所得的復合粉體性能測試并與未加入納米材料的聚醚醚酮粉體進行 比較，結果如表1所示：
[0042] 表1實施例1復合粉體與純PEEK粉性能對比
[0043]
【權利要求】
1. 一種用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，其特征在于：包括塑料粉體和無機 納米材料，其中塑料粉體直徑為40?150 μ m，無機納米材料占總重量的0. 01?5%。
2. 根據權利要求1所述用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，其特征在于：所述 無機納米材料為表面改性的無機納米顆粒。
3. 根據權利要求1所述用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，其特征在于：所述 無機納米材料為表面改性的無機納米材料和未改性無機納米材料的混合物。
4. 根據權利要求1-3任意一項所述用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，其特征 在于：所述塑料粉體為聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚芳醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、聚四氟乙 烯或聚醚醚酮粉體。
5. 根據權利要求1-3任意一項所述用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，其特征 在于：所述無機納米材料為納米Si02、納米A1 203、納米Ti02、納米ZnO、納米Zr02，納米輕基 磷灰石、碳納米管或碳納米纖維。
6. 根據權利要求1-3任意一項所述用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，其特征 在于：所述塑料粉體直徑為60?130 μ m，所述無機納米材料占總重量的1?3%。
7. 根據權利要求2或3所述用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，其特征在于： 表面改性的無機納米材料采用硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鉻絡合物偶聯劑、鋯偶聯劑改 性。
8. 根據權利要求2或3所述用于選擇性激光燒結的高流動性粉體材料，其特征在于： 所用改性偶聯劑為無機納米材料量的0. 5?5%。
【文檔編號】C08L81/02GK104140668SQ201410363128
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】饒先花 申請人:中國科學院重慶綠色智能技術研究院