一种用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材及其制备方法；按照质量分数比称取原料：100份的钨粉，40～50份的PEEK材料；0.25～0.75份的增塑剂，0.125～0.75份的钛酸酯偶联剂；本发明专利技术通过熔融搅拌、双螺杆挤出造粒、单螺杆挤出线材、线材平整机平整冷却线材、卷线装置卷捆来实现3D打印专用钨/PEEK复合线材的制备，应用领域主要为核电领域；本发明专利技术钨/PEEK复合线材的应用优势，是针对3D打印工艺及核电辐射防护领域相关应用专门开发的复合材料，PEEK材料与其他高分子材料相比具有优异的耐辐射性、超强的机械性能。实现了3D打印领域中辐射防护复合材料零的突破，也开创性推进了3D打印技术在制造核电辐射屏蔽零部件领域的应用。

A Tungsten/PEEK Radiation Protection Composite Wire for 3D Printing and Its Preparation Method

The invention discloses a tungsten/PEEK radiation protection composite wire for 3D printing and its preparation method; raw materials are weighed according to mass fraction ratio: 100 parts of tungsten powder, 40-50 parts of PEEK material; 0.25-0.75 parts of plasticizer and 0.125-0.75 parts of titanate coupling agent; the invention adopts melt stirring, twin-screw extrusion granulation, single-screw extrusion wire and flat cooling of wire leveler. The application field of the W/PEEK composite wire is mainly in the nuclear power field; the application advantage of the W/PEEK composite wire is a composite material specially developed for 3D printing process and related applications in the field of nuclear power radiation protection. Compared with other macromolecule materials, the PEEK material has excellent radiation resistance and super mechanical properties. \u3002 The breakthrough of radiation protection composite material Zero in the field of 3D printing has been realized, and the application of 3D printing technology in the field of manufacturing radiation shielding components of nuclear power has been pioneered.

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材及其制备方法
本专利技术涉及复合3D打印线材，尤其涉及一种用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材及其制备方法。
技术介绍
在核能日益发展的社会中，对辐射屏蔽材料的需求也越来越多。在各种射线对人体的危害程度上，γ射线与中子位居首位。核辐射屏蔽设计的主要任务就是屏蔽γ射线及中子。其中γ射线的屏蔽材料一般选用高原子序数材料和通用建筑材料，包括铁、钨、铅、贫铀、混凝土、砖、离子水等。目前，常用的屏蔽材料多为铅合金。但是铅合金存在很多缺点：会产生二次韧致辐射，硬度比较差，大尺寸的屏蔽构件结构性能差，力学强度偏低，同时铅本身是重金属污染源，很可能在使用过程中造成重金属中毒，应用正在受到限制。金属钨具有高的密度和原子序数，作为理想的防辐射材料具有很多的优势，对中子与γ射线屏蔽效果非常好，并且无毒环保，此外钨材料不会产生二次电子辐射，因此成为了辐射屏蔽材料研究和发展的方向。在辐射防护应用方面，若核电设备零部件出现问题，更换周期较长，因而导致核电设备停转等待的时间也过长，而增材制造工艺能够实现对零部件的快速原型制造，会极大地缩短核电设备停转时间。钨是高熔点难熔金属，具有强度高、塑性差、韧性差等特点，难以直接用于增材制造成型。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材及其制备方法。本专利技术通过下述技术方案实现：一种用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材的制备方法，包括如下步骤：步骤一：按照质量分数比称取原料，其包括以下组分：100份的钨粉，40～50份的PEEK材料；0.25～0.75份的增塑剂，0.125～0.75份的钛酸酯偶联剂；步骤二：混料，将步骤一中的各组分原料倒入高压反应釜中，开启高压反应釜，使其开始搅拌，并通入惰性气体保护，将高压反应釜料温加热到360℃～400℃；步骤三：保温搅拌，对高压反应釜进行保温50～60分钟，同时充分搅拌，使PEEK材料完全变成熔融状态，并使各组分原料混合均匀；步骤四：在360℃～400℃的温度下，将各组分混合均匀的熔融态混合材料加入到双螺杆挤出机，得到钨/PEEK混合材料母粒；步骤五：将双螺杆挤出机制造的钨/PEEK混合材料母粒，送入到单螺杆挤出机，得到钨/PEEK复合线材。将步骤五中单螺杆挤出机挤出的钨/PEEK复合线材送入卷线机进行卷捆。步骤一所述钨粉为纳米钨粉。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：本专利技术提出了一种新型的辐射防护复合材料，实现了3D打印领域中辐射防护复合材料零的突破，也开创性推进了3D打印技术在制造核电辐射屏蔽零部件领域的应用。钨具有高密度和高原子序数，是一种应用于核电辐射屏蔽方面的理想材料，钨对中子与γ射线屏蔽效果非常好，并且无毒环保，此外钨材料不会产生二次电子辐射，因此成为了核电辐射屏蔽材料研究和发展的方向。本专利技术根据钨、PEEK材料的性能以及3D打印原材料的性能需求，提出了通过熔融搅拌、双螺杆挤出造粒、单螺杆挤出线材、卷线装置卷捆来实现用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材的制备工艺；与此同时，本专利技术也为其他金属与非金属复合材料的制备提供了思路与方法借鉴。本专利技术钨/PEEK复合线材的应用优势，是针对3D打印工艺及核电辐射防护领域相关应用专门开发的复合材料，PEEK材料与其他高分子材料相比具有优异的耐辐射性、超强的机械性能。借助于3D打印工艺，能够实现核电领域相关零部件的及时修复与更换，缩短设备停转时间。附图说明图1为本专利技术钨/PEEK辐射防护复合线材制备工艺流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。如图1所示。本专利技术制备工艺中所使用的设备为现有设备；图中：氩气瓶1、反应釜2、双螺杆挤出机3、单螺杆挤出机4、线材平整机5、卷线机6；反应釜2内置搅拌装置，其外接氩气瓶1；反应釜2与双螺杆挤出机3进料口连接，氩气瓶1为反应釜2提供惰性气体保护；双螺杆挤出机3出料口与单螺杆挤出机4进料口连接，单螺杆挤出机4挤出口连接线材平整机5；线材平整机5通过辊轴对线材进行平整，其内置有温度传感器和冷却器；温度传感器检测线材温度，冷却器在线材温度高于设定值时进行冷却。本专利技术用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材的制备方法，可通过如下步骤实现：步骤一：按照质量分数比称取原料，其包括以下组分：100份(1000g)的钨粉，40～50份(400～500g)的PEEK材料；0.25～0.75份(2.5～7.5g)的增塑剂，0.125～0.75份(1.25～7.5g)的钛酸酯偶联剂；钨粉为纳米钨粉，牌号YFM08-N50，粒径分布在15～53微米之间，外观形貌为灰黑色，颗粒形状为球形或近球形；PEEK材料为PEEK1000P(粉末)，熔融温度340℃，韧性、抗冲击性能突出；增塑剂为DEHP，DEHP是邻苯二甲酸酯的一种，混合性能好，增塑效率高；偶联剂为钛酸酯偶联剂，改善混合材料的分散性和黏合性；步骤二：混料，将步骤一中的各组分原料倒入高压反应釜中，开启高压反应釜，使其开始搅拌，并通入惰性气体保护，将高压反应釜料温加热到360℃～400℃；步骤三：保温搅拌，对高压反应釜进行保温50～60分钟，同时充分搅拌，使PEEK材料完全变成熔融状态，并使各组分原料混合均匀；步骤四：在360℃～400℃的温度下，将各组分混合均匀的熔融态混合材料加入到双螺杆挤出机，得到钨/PEEK混合材料母粒；步骤五：将双螺杆挤出机制造的钨/PEEK混合材料母粒，送入到单螺杆挤出机，得到钨/PEEK复合线材；再将单螺杆挤出机挤出的钨/PEEK复合线材送入卷线机进行卷捆。如上所述，便可较好地实现本专利技术。本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：按照质量分数比称取原料，其包括以下组分：100份的钨粉，40～50份的PEEK材料；0.25～0.75份的增塑剂，0.125～0.75份的钛酸酯偶联剂；步骤二：混料；将步骤一中的各组分原料倒入高压反应釜中，开启高压反应釜，使其开始搅拌，并通入惰性气体保护，将高压反应釜料温加热到360℃～400℃；步骤三：保温搅拌；对高压反应釜进行保温50～60分钟，同时充分搅拌，使PEEK材料完全变成熔融状态，并使各组分原料混合均匀；步骤四：在360℃～400℃的温度下，将各组分混合均匀的熔融态混合材料加入到双螺杆挤出机，得到钨/PEEK混合材料母粒；步骤五：将双螺杆挤出机制造的钨/PEEK混合材料母粒，送入单螺杆挤出机，得到钨/PEEK复合线材。

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的钨/PEEK辐射防护复合线材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：按照质量分数比称取原料，其包括以下组分：100份的钨粉，40～50份的PEEK材料；0.25～0.75份的增塑剂，0.125～0.75份的钛酸酯偶联剂；步骤二：混料；将步骤一中的各组分原料倒入高压反应釜中，开启高压反应釜，使其开始搅拌，并通入惰性气体保护，将高压反应釜料温加热到360℃～400℃；步骤三：保温搅拌；对高压反应釜进行保温50～60分钟，同时充分搅拌，使PEEK材料完全变成熔融状态，并使各组分原料混合均匀；步骤四：在360℃～400...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，付凡，李阳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44