一种适用于选区激光烧结工艺的改性聚乙烯蜡粉材料制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于选区激光烧结工艺的改性聚乙烯蜡粉材料，由100质量份改性聚乙烯蜡、8～10质量份POE弹性体粉末、1～2质量份表面活性剂和0.5～1.5质量份白炭黑组成，其中的改性聚乙烯蜡是以丙烯酸接枝改性的改性聚乙烯蜡。本发明专利技术制备改性聚乙烯蜡粉材料的流动性良好，力学性能优越，以其采用选区激光烧结工艺制备的成型件平整度良好，拉伸强度和抗压强度都有明显提升。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于选区激光烧结工艺的改性聚乙烯蜡粉材料
本专利技术属于3D打印
，涉及一种选区激光烧结工艺用粉末材料，特别是涉及一种选区激光烧结成型用蜡粉材料。
技术介绍
3D打印是制造业领域迅猛发展的一项新技术，其以计算机三维设计软件为基础进行分层离散，通过特定的设备将粉末材料、液体、丝化的固体材料进行逐层堆积粘结，最终叠加成型出实体产品。选区激光烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)是典型的3D打印技术之一，该方法制造工艺简单，材料选择范围广，成本较低，成型速度快，主要应用于快速熔模制造和快速模具制造。聚苯乙烯(PS)是目前市场上广泛使用的一种SLS基体材料，以PS粉烧结得到的模具成型精度高，成本低。但是，在实际使用过程中，以PS材料制作的模具无法通过传统的水浴或水蒸气进行脱模，只能采用高温焙烧气化脱模。而这种脱模方式在脱模过程中会产生大量有毒有害的黑烟，并且伴有臭味散发，对环境有比较严重的影响。同时，高温焙烧还会在型壳内形成积炭等灰分残留，引发型壳开裂，从而影响铸件的质量。蜡粉是另一传统中广泛使用的SLS基体材料，单一组分的蜡粉在激光烧结过程中存在翘曲变形大，制作的蜡模尺寸精度差等缺点，致使蜡粉材料无法在激光烧结快速成型领域体现出其的优良性能。复合蜡粉作为新型的SLS材料之一，具有灰分少、易脱蜡、铸造工艺与传统熔模铸造工艺更为接近等特点。但是，以聚乙烯蜡(PEW)为基体材料的复合蜡粉强度较低，流动性较差，影响其应用。在SLS基体材料中掺入无机填料，可以增加基体材料的强度并提高其流动性。汪艳(选择性激光烧结高分子材料及其制件性能研究[D].华中科技大学,2005.)提出，无机填料可以提高SLS烧结件的力学性能，但无机填料与有机高分子的分子结构、物理形态及表面性质极不相同，两种材料不能紧密结合在一起，直接影响复合材料的性能。大多数无机填料的表面都具有亲水的特性，同时也存在一定的极性，而PEW却拥有相反的特性，是一种非极性材料，导致无机填料与PEW间的相容性和结合性较差，无机填料在PEW中的分散性差，对于复合材料的力学性能有较大的负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种流动性好、力学性能优越，无毒无害的适用于选区激光烧结工艺的改性聚乙烯蜡粉材料，以及该改性聚乙烯蜡粉材料的制备方法。本专利技术所述的适用于选区激光烧结工艺的改性聚乙烯蜡粉材料是由100质量份改性聚乙烯蜡、8～10质量份POE弹性体粉末、1～2质量份表面活性剂和0.5～1.5质量份白炭黑混合组成的。其中，所述的改性聚乙烯蜡是在过氧化物引发剂作用下，以丙烯酸对聚乙烯蜡进行接枝改性，得到的含有羧基的改性聚乙烯蜡。本专利技术优选使用数均分子量为1500～2500的聚乙烯蜡。所述的POE弹性体(聚烯烃弹性体)是指乙烯与高碳α-烯烃的无规共聚物弹性体。由于其具有一定的结晶度，相对分子质量分布较窄，并具有一定的流变性能、力学性能、低温韧性，以及与聚烯烃具有较好的亲和性等优点，得到了广泛的应用。以一定量的POE弹性体与改性聚乙烯蜡混合得到的复合粉末，可以提高复合粉末熔体的流变性能，使激光烧结成型更为容易，从而增加烧结件的拉伸强度和抗压强度。本专利技术在改性聚乙烯蜡粉材料中添加一定的表面活性剂，用以降低静电吸附，增加改性聚乙烯蜡粉材料的流动性。所述的表面活性剂是磺酸盐、磷酸盐类阴离子表面活性剂或聚氧乙烯、聚氧丙烯类非离子型表面活性剂。具体地，所述的磺酸盐、磷酸盐类阴离子表面活性剂包括但不限于烷基磷酸酯盐、烷基磺酸盐、烷基苯磺酸盐；所述的聚氧乙烯、聚氧丙烯类非离子型表面活性剂包括但不限于油酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚氧乙烯醚、油酸聚氧丙烯酯。本专利技术所述的改性聚乙烯蜡粉材料中，改性聚乙烯蜡带有羧基，可以形成分子间氢键，提高烧结件的拉伸强度，而且改性聚乙烯蜡具有极性，可以增加无机填料白炭黑在改性聚乙烯蜡粉材料中的分散性和相容性，提高白炭黑与改性聚乙烯蜡的结合性，使白炭黑能更均匀地分散在改性聚乙烯蜡粉材料中，增韧增强效果更好。同时，白炭黑可以增加改性聚乙烯蜡粉材料的流动性，减少改性聚乙烯蜡粉材料的团聚，使改性聚乙烯蜡粉材料在较高温度下仍然具有流动性，有利于烧结过程中的铺粉。烧结成型后，白炭黑分散于成型件中，产生应力集中效应，在其周围产生银纹，吸收变形功；同时，刚性纳米粒子的存在，使成型件内银纹扩展受阻和钝化，这就决定了烧结成型件能够较好地传递所承受的外应力，起到了增强补强的作用。进而，本专利技术还提供了一种适合的所述改性聚乙烯蜡粉材料的制备方法。1）、按照聚乙烯蜡与丙烯酸的质量比为1∶0.12～0.15，在聚乙烯蜡中加入丙烯酸丙酮溶液，混合均匀并烘干，加入过氧化物引发剂，于密炼机中130～140℃接枝反应，得到改性聚乙烯蜡。2）、将100质量份改性聚乙烯蜡和8～10质量份POE弹性体粉末在密炼机中70～80℃下搅拌熔融共混，再将1～2质量份表面活性剂以无水乙醇稀释后加入搅拌均匀，冷却并干燥得到混合蜡料。3）、将干燥混合蜡料冷冻后粉碎，过50～150目筛，加入0.5～1.5质量份白炭黑，混合均匀得到改性聚乙烯蜡粉材料。其中，优选是将所述丙烯酸溶于丙酮中，配制成浓度25～30wt%的丙烯酸丙酮溶液。进而，优选是将加入丙烯酸丙酮溶液的聚乙烯蜡混合均匀后，于30～40℃的低温下进行烘干。本专利技术中，过氧化物引发剂的用量为聚乙烯蜡质量的0.04～0.06倍。进而，本专利技术优选在加入过氧化物引发剂后，于密炼机中接枝反应8～10min。本专利技术中，所述的过氧化物引发剂可以包括但不限于是过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过氧化苯甲酰叔丁酯、过氧化甲乙酮。具体地，本专利技术是将所述改性聚乙烯蜡和POE弹性体粉末在密炼机中不断搅拌下进行熔融共混，以保证混合的均匀性，并在POE弹性体全部熔融后，继续搅拌20～30s。进而，本专利技术在加入表面活性剂的无水乙醇稀释液后，继续进行搅拌20～30s。进一步地，本专利技术是利用液氮将所述干燥混合蜡料冷冻后，再进行粉碎处理。粉碎处理过程中，先将干燥混合蜡料破碎1min，间隔5min后，再破碎1min，最后通过50～150目筛。经测试，聚乙烯蜡的休止角一般在50～55°左右，而本专利技术以其为原料制备的改性聚乙烯蜡粉材料的休止角降低至38～45°，流动性良好。将本专利技术制备的改性聚乙烯蜡粉材料置于SLS3D打印机中，选区激光烧结制备成型件，改性聚乙烯蜡粉材料的铺粉效果良好，在激光功率12W、扫描速度2000mm/s、铺粉层厚度0.15mm的选区激光烧结条件下，打印出的成型件平整度良好，拉伸强度和抗压强度都有明显提升。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不是限制本专利技术的保护范围。本领域普通技术人员在不脱离本专利技术原理和宗旨的情况下，针对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和变型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于选区激光烧结工艺的改性聚乙烯蜡粉材料，由100质量份改性聚乙烯蜡、8～10质量份POE弹性体粉末、1～2质量份表面活性剂和0.5～1.5质量份白炭黑混合组成，所述的改性聚乙烯蜡是在过氧化物引发剂作用下，以丙烯酸对聚乙烯蜡进行接枝改性，得到的含有羧基的改性聚乙烯蜡。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于选区激光烧结工艺的改性聚乙烯蜡粉材料，由100质量份改性聚乙烯蜡、8～10质量份POE弹性体粉末、1～2质量份表面活性剂和0.5～1.5质量份白炭黑混合组成，所述的改性聚乙烯蜡是在过氧化物引发剂作用下，以丙烯酸对聚乙烯蜡进行接枝改性，得到的含有羧基的改性聚乙烯蜡。


2.根据权利要求1所述的改性聚乙烯蜡粉材料，其特征是所述聚乙烯蜡的数均分子量为1500～2500。


3.根据权利要求1所述的改性聚乙烯蜡粉材料，其特征是所述的表面活性剂是磺酸盐、磷酸盐类阴离子表面活性剂或聚氧乙烯、聚氧丙烯类非离子型表面活性剂。


4.根据权利要求3所述的改性聚乙烯蜡粉材料，其特征是所述的磺酸盐、磷酸盐类阴离子表面活性剂是烷基磷酸酯盐、烷基磺酸盐或烷基苯磺酸盐。


5.根据权利要求3所述的改性聚乙烯蜡粉材料，其特征是所述的聚氧乙烯、聚氧丙烯类非离子型表面活性剂是油酸聚氧乙烯酯、烷基酚聚氧乙烯醚或油酸聚氧丙烯酯。


6.权利要求1所述的改性聚乙烯蜡粉材料的制备方法，包括：
1）、按照聚乙烯蜡与丙烯酸的质量比为1∶0.12～0.15，在聚乙烯蜡...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建宏，袁志明，白培康，贾润礼，李顶，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14