一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料制造技术

本发明专利技术涉及3D打印材料领域，尤其涉及了一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料。本发明专利技术的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料适用于选择性激光烧结3D打印，烧结工艺性好，烧结制品致密性好，电磁屏蔽性能好，拉伸强度5‑10MPa，伸长率150‑300%，电导率100‑600S/m，电磁屏蔽效能SE为15‑40dB。

【技术实现步骤摘要】
一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料
本专利技术涉及3D打印材料领域，尤其涉及了一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料。
技术介绍
3D打印（即增材制造）技术是一种以数字模型文件为基础，通过增加材料逐层制造的方式来构建实体的快速成型的先进制造技术。近20年来，3D打印技术作为新兴的快速成型技术，发展十分迅速，在工业制造、航空航天、国防军工、生物医学能源等国民经济和高科技领域有十分中国要的应用。其类型包括熔融沉积技术、选择性激光烧结技术、光固化成型技术和分层实体制造技术。选择性激光烧结技术是3D打印最重要的加工技术之一，C.R.Dechard等在专利US4863538中首次提出选择性激光烧结思想并于1989年成功研制出激光烧结工艺。简单的说，激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结，一层完成后再进行下一层烧结，全部烧结完后去掉多余的粉末，则即可得到烧结好的零件。选择性激光烧结技术具有诸多优点，如粉末选材广泛、适用性广、制造工艺比较简单、成形精度高、无需支撑结构、可直接烧结零件，因此在现代制造业中受到越来越广泛的重视。在可用于激光烧结的材料中，聚合物材料因其优异的性能备受关注，但可用于选择性激光烧结过程的聚合物却很有限，目前市场上还是以尼龙为主。聚氨酯弹性体是一种性能介于橡胶和塑料中间的高分子材料，其硬度范围广，并且具有高强度、高弹性、高耐磨性和高屈挠性等优良的机械性能，同时又具有耐油、耐溶剂和耐一般化学品的性能，所以被广泛应用于汽车机械壳体、管材部件和服装鞋类等领域。开发适用于选择性激光烧结的功能性聚氨酯弹性，比如具有电磁屏蔽功能的聚氨酯弹性体材料，可以开拓在3D打印技术在柔性电子、智能穿戴制品等方面的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料，其特点是该聚氨酯粉体材料由热塑性聚氨酯、导电添加剂、润滑剂组成，适用于选择性激光烧结3D打印，烧结工艺性好，烧结制品致密性好，强度高，电磁屏蔽效能高。本专利技术的第一个方面，提供了：一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料，其制备方法包括如下步骤：（1）将聚氨酯弹性体100份、导电添加剂5-15份、润滑剂1-3份，高速混合后经过双螺杆挤出机挤出，造粒，再经冷冻破碎机进行破碎成粉体，筛分后得到复合聚氨酯粉末，备用；（2）在复合聚氨酯粉末表面包覆导电添加剂：将0.1-0.5份单壁碳纳米管加入200份有机溶剂中，超声分散，然后加入100份复合聚氨酯粉末，机械搅拌，抽滤除有机溶剂，风干，真空干燥，得到包覆导电添加剂的复合聚氨酯粉末；（3）将100份包覆导电添加剂的复合聚氨酯粉末与0.1-0.3份助流剂经过高速粉末混合均匀，得到选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料。在一个实施方式中，所述的步骤（2）中的有机溶剂是无水乙醇，超声分散的时间是1-5h机械搅拌过程的转速600-800rpm，机械搅拌的时间是1-5h。在一个实施方式中，所述的步骤（2）中的真空干燥是60-70℃下真空干燥10-30h。在一个实施方式中，所述复合聚氨酯粉末，粒径≤100um。在一个实施方式中，聚氨酯弹性体是指经过羧基改性的聚氨酯弹性体。在一个实施方式中，所述的羧基改性的聚氨酯弹性体的制备方法包括如下步骤：按重量份计，取聚醚15-25份，真空脱水后，与聚二甲基硅氧烷3-5份、甲苯-2,4-二异氰酸酯25-45份、催化剂0.2-0.5份混合，进行升温预聚反应，再加入带有羧基的扩链剂，剧烈搅拌后，并保温熟化反应，得到羧基改性的聚氨酯。在一个实施方式中，聚醚可以是指N204、N210、N220、N240或者N260。在一个实施方式中，催化剂是有机锡催化剂，优选二丁基二月桂酸锡。在一个实施方式中，带有羧基的扩链剂是指二羟甲基丁酸。在一个实施方式中，预聚反应的反应温度是70-85℃，时间都为1-4h，剧烈搅拌的时间是1-2min，保温熟化反应过程温度是85-95℃，保温熟化反应过程时间是10-12h。在一个实施方式中，所述复合导电添加剂为碳纳米管与氧化石墨烯的混合物，其混合比例为质量比90：10。在一个实施方式中，所述的碳纳米管的表面经过氨基化处理。在一个实施方式中，所述的羧基化处理的步骤包括：S1，将浓硫酸和浓硫酸按照体积比1：1-1.5混合，将单壁碳纳米管分散于混合酸溶液中，升温反应后，用去离子水洗涤产物，减压干燥后，得到表面羟基化的单壁碳纳米管；S2，按重量份计，将表面羟基化的单壁碳纳米管15-20份、浓硫酸40-60份、过氧化氢溶液35-55份混合，升温反应，结束后，用去离子水洗涤产物，减压干燥后，得到表面羧基化的单壁碳纳米管；S3，按重量份计，将表面羧基化的单壁碳纳米管10-12份分散于200-240份的二甲基甲酰胺中，再加入15-25份的二乙烯三胺，并进行反应，产物采用乙醇洗涤后，减压干燥，得到氨基化的单壁碳纳米管。在一个实施方式中，S1中，升温反应是指在120-150℃下反应0.5-1h。在一个实施方式中，S2中，升温反应是指70-75℃进行反应1-3h；过氧化氢溶液的浓度是25-30wt%。在一个实施方式中，S3中，反应过程是25-35℃下反应15-20h。在一个实施方式中，所述润滑剂为硅酮粉，粒径≤10um。在一个实施方式中，所述导电添加剂为单壁碳纳米管，平均直径≤10nm，平均长度1.5um。在一个实施方式中，所述助流剂为微粉硅胶，粒径≤50nm。在一个实施方式中，所述高速粉末混合机，混合速度为1300-1500rpm，混合时间为30min。本专利技术的第二个方面，提供了：提供了上述方法制备得到的聚氨酯粉体材料在用于选择性激光烧结制备具有电磁屏蔽功能材料中的应用。在一个实施方式中，所述的应用中还包括如下步骤：经过模型设计，设置打印参数，激光烧结，清粉，打磨得到电磁屏蔽聚氨酯制品。在一个实施方式中，激光打印过程中的粉床温度90-130℃，激光能量0.04-0.12J/mm2。本专利技术的第三个方面，提供了：聚氨酯材料在用于制备3D打印的压电复合材料中的应用。在一个实施方式中，所述的聚氨酯材料用于提高材料的断裂伸长率、拉伸强度、导电率或者电磁屏蔽性能。有益效果本专利技术的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料适用于选择性激光烧结3D打印，烧结工艺性好，烧结制品致密性好，电磁屏蔽性能好，拉伸强度5-10MPa，伸长率150-300%，电导率100-600S/m，电磁屏蔽效能SE为15-40dB。采用的聚氨酯弹性体材料表面进行了羧基的接枝处理，同时在导电添加剂的表面采用了氨基修饰处理，在进行材料的制备和加热3D打印过程中，会发生酰基化反应，通过酰胺键实现导电填料与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：/n（1）将聚氨酯弹性体100份、导电添加剂5-15份、润滑剂1-3份，高速混合后经过双螺杆挤出机挤出，造粒，再经冷冻破碎机进行破碎成粉体，筛分后得到复合聚氨酯粉末，备用；/n（2）在复合聚氨酯粉末表面包覆导电添加剂：将0.1-0.5份单壁碳纳米管加入200份有机溶剂中，超声分散，然后加入100份复合聚氨酯粉末，机械搅拌，抽滤除有机溶剂，风干，真空干燥，得到包覆导电添加剂的复合聚氨酯粉末；/n（3）将100份包覆导电添加剂的复合聚氨酯粉末与0.1-0.3份助流剂经过高速粉末混合均匀，得到选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：
（1）将聚氨酯弹性体100份、导电添加剂5-15份、润滑剂1-3份，高速混合后经过双螺杆挤出机挤出，造粒，再经冷冻破碎机进行破碎成粉体，筛分后得到复合聚氨酯粉末，备用；
（2）在复合聚氨酯粉末表面包覆导电添加剂：将0.1-0.5份单壁碳纳米管加入200份有机溶剂中，超声分散，然后加入100份复合聚氨酯粉末，机械搅拌，抽滤除有机溶剂，风干，真空干燥，得到包覆导电添加剂的复合聚氨酯粉末；
（3）将100份包覆导电添加剂的复合聚氨酯粉末与0.1-0.3份助流剂经过高速粉末混合均匀，得到选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料。


2.根据权利要求1所述的用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料，其特征在于，在一个实施方式中，所述的步骤（2）中的有机溶剂是无水乙醇，超声分散的时间是1-5h机械搅拌过程的转速600-800rpm，机械搅拌的时间是1-5h；所述的步骤（2）中的真空干燥是60-70℃下真空干燥10-30h；在一个实施方式中，所述复合聚氨酯粉末，粒径≤100um。


3.根据权利要求1所述的用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料，其特征在于，在一个实施方式中，聚氨酯弹性体是指经过羧基改性的聚氨酯弹性体；在一个实施方式中，所述的羧基改性的聚氨酯弹性体的制备方法包括如下步骤：按重量份计，取聚醚15-25份，真空脱水后，与聚二甲基硅氧烷3-5份、甲苯-2,4-二异氰酸酯25-45份、催化剂0.2-0.5份混合，进行升温预聚反应，再加入带有羧基的扩链剂，剧烈搅拌后，并保温熟化反应，得到羧基改性的聚氨酯；在一个实施方式中，聚醚可以是指N204、N210、N220、N240或者N260；在一个实施方式中，催化剂是有机锡催化剂，优选二丁基二月桂酸锡；在一个实施方式中，带有羧基的扩链剂是指二羟甲基丁酸；在一个实施方式中，预聚反应的反应温度是70-85℃，时间都为1-4h，剧烈搅拌的时间是1-2min，保温熟化反应过程温度是85-95℃，保温熟化反应过程时间是10-12h。


4.根据权利要求1所述的用于选择性激光烧结3D打印的具有电磁屏蔽功能的聚氨酯粉体材料，其特征在于，在一个实施方式中，所述复合导电添加剂为碳纳米管与氧化石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏和生，周玲娟，费国霞，王占华，姚建树，
申请(专利权)人：江苏集萃先进高分子材料研究所有限公司，南京墨分三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32