一种尼龙复合粉末及其制备方法和在激光烧结中的应用技术

本发明专利技术公开了一种尼龙复合粉末的制备方法，包括将凹凸棒石、苯胺单体、氧化剂、掺杂剂与去离子水混合反应得到纤维状导电粉体；将尼龙、防粘剂和有机溶剂混合得到尼龙混合液；将所述纤维状导电粉体和所述尼龙混合液加热反应后解压，降温至室温，经过后处理得到尼龙复合粉末。本发明专利技术还提供了利用该尼龙复合粉末的制备方法制备得到的尼龙复合粉末，以及该尼龙复合粉末在激光扫描成形中的应用。在激光扫描成形的成形件不仅具有较高的力学性能、尺寸精度，还具有较高的导电、导热和阻燃功能。导热和阻燃功能。导热和阻燃功能。

【技术实现步骤摘要】
一种尼龙复合粉末及其制备方法和在激光烧结中的应用


[0001]本专利技术属于增材制造领域，具体涉及一种尼龙复合粉末及其制备方法和在激光烧结中的应用。

技术介绍

[0002]增材制造(additive manufacturing，AM)，也称3D打印，属于快速成型(rapid prototyping，RP)技术的一种，是基于计算机三维CAD模型，采用逐层堆积的方式直接制造三维物理实体的方法。增材制造技术不受成型几何实体外形限制，直接将三维的立体模型加工变为平面加工，可以在一台设备上快速精密地制造出任意复杂形状和结构的零部件，从而实现“自由制造”。作为一项前瞻性、战略性技术，其工程应用性很强，领域跨度大，对未来制造业，尤其是高端制造的发展十分重要。其在汽车零部件，航空航天部件，医疗器件等领域有着广泛的应用前景。
[0003]选择性激光烧结技术(SLS)又称为选区激光烧结，出现于上世纪80年代，是一种基于增材制造的3D打印技术。它的原理是预先在工作台上铺一层粉末材料，激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该技术要求粉末材料的粒径分布均一、流动性较好，这样有利于粉床铺粉。该类成型方法有着制造工艺简单、柔性度高、材料利用率高、成型速度快等特点。
[0004]尼龙材料作为当今第一大工程塑料，大多数品种为结晶型聚合物，大分子链中含有酰胺键，能形成氢键，其具有强韧、耐磨、耐冲击、耐疲劳、耐腐蚀等优异的特性，特别是耐磨性和自润滑性能优良，摩擦系数小，因而尼龙在与其他工程塑料的激烈竞争中稳步迅速增长，广泛应用于汽车家用电器及运动器材等零部件的制造。但是尼龙材料的氧指数不高，并且燃烧速度快，燃烧过程中会产生大量的浓烟和熔滴，极易传播火焰，从而大大限制了其在航空航天、汽车制造及电子电器等特殊领域的应用。能通过SLS工艺直接成型致密度较高、力学性能较好的功能零件，成为目前应用最为广泛的SLS成型材料之一。
[0005]专利号为CN106426916A的中国专利公开了一种3D打印方法包括以下步骤：混合粉末状待加工材料及粉末状尼龙材料。采用选择性激光烧结技术熔化所述尼龙材料以粘结所述待加工材料形成生坯。加热所述生坯进行热脱脂以使所述尼龙材料挥发。加热所述生坯至所述待加工材料的烧结温度以对所述生坯进行烧结。将所述生坯的环境温度降至室温以得到致密零件。本专利技术的3D打印方法由于不需要使用高强度的激光束，加工过程中温度低，不会产生热应变和残余应力，避免了零件的翘曲、裂纹及/或脱层问题，保证了零件的机械性能和尺寸精度。但通过SLS技术成型的纯尼龙样品的力学性能一般低于传统注塑成型样品，同时导电、导热和阻燃功能缺乏，还不能满足某些高端应用领域的性能需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种尼龙复合粉末的制备方法，利用该方法制备的尼龙复合粉末在激光扫描成形后形成的样品不仅具有较高的力学性能，同时具有较高的导电、导热和阻燃
功能。
[0007]一种尼龙复合粉末的制备方法，包括：
[0008]将凹凸棒石、苯胺单体、氧化剂、掺杂剂与去离子水混合反应5
‑
8h得到纤维状导电粉体；
[0009]将尼龙、防粘剂和有机溶剂混合得到尼龙混合液；
[0010]将所述纤维状导电粉体和所述尼龙混合液加热反应后解压，降温至室温，经过后处理得到尼龙复合粉末。
[0011]所述凹凸棒石的长为0.5
‑
2um，直径20
‑
50nm的单分散纳米纤维。
[0012]所述凹凸棒石和苯胺单体的质量比为1:0.1
‑
0.4。进一步优选的，所述所述凹凸棒石和苯胺单体的质量比为1:0.2
‑
0.3。
[0013]当苯胺单体比例过低时较难通过原位聚合形成聚苯胺实现对凹凸棒石的有效全部包覆，当苯胺单体比例过高时将导致独立的聚苯胺颗粒形成，影响粉体的分散性和均一性，导致复合材料的力学性能和导电、导热、阻燃功能受到影响。
[0014]所述氧化剂为过硫酸铵或氯化铁。
[0015]所述苯胺与氧化剂的的质量比为1:1.3
‑
1.8，进一步优选的，所述苯胺与氧化剂的的质量比为1:1.5。
[0016]所述的掺杂剂为苯磺酸、盐酸或磷酸。
[0017]所述纤维状导电粉体与所述尼龙混合液的质量比为1:10
‑
40。
[0018]所述苯胺与掺杂剂的的质量比为1:1.1
‑
1.5，进一步优选的，所述凹凸棒石与掺杂剂的的质量比为1:1.3。
[0019]所述凹凸棒石与去离子水的质量比为1:20
‑
30，进一步优选的，所述凹凸棒石与去离子水的质量比为1:25。
[0020]所述防粘剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、乙醇双硬脂酰胺、乙醇双月桂酰胺中的至少一种。
[0021]所述有机溶剂为乙二醇、异丙醇、正丁醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一种。
[0022]所述防粘剂的质量为尼龙质量的0.1
‑
1％；
[0023]所述混合液中尼龙的质量百分比浓度为5
‑
25％。
[0024]所述加热的温度为130
‑
200℃，加热时间为0.5
‑
2h，进一步优选的，所述加热的温度为150
‑
180℃。
[0025]所述降温速率为2
‑
5℃/min，为了使粒径分布更加均匀进一步优选降温速率为4℃/min。
[0026]所述后处理为过滤、干燥和过筛。通过过筛去掉团聚的大颗粒。
[0027]本专利技术还提供了利用所述尼龙复合粉末的制备方法制备得到的尼龙复合粉末。
[0028]本专利技术还提供了所述尼龙复合粉末在激光烧结成形中的应用，包括：
[0029](1)将所述尼龙复合粉末均匀铺在加工平台上，将加工平台加热至加工温度，基于设定的二维片层进行激光扫描；
[0030](2)激光扫描结束后下移一个粉层厚度，重复步骤(1)；
[0031](3)重复步骤(1)和(2)直到得到激光烧结件；所述激光功率为30
‑
80w，所述激光扫描速度为4
‑
6m/s，每个粉层的厚度为0.08
‑
0.95mm，所述加工温度为170
‑
185℃。
[0032]所述激光扫描的方式为自内而外进行扫描。
[0033]进一步的，每个粉层的厚度为0.10
‑
0.11mm。
[0034]进一步的，所述加工温度为180℃。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0036](1)本专利技术通过负载在凹凸棒石上的苯胺单体原位聚合引导聚苯胺均一包覆于凹凸棒石表面，形成纤维状导电粉体，并通过纤维状导电粉体表面存在的大量苯胺基团与酰胺基团本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于，包括：将凹凸棒石、苯胺单体、氧化剂、掺杂剂与去离子水混合反应5
‑
8h得到纤维状导电粉体；将尼龙、防粘剂和有机溶剂混合得到尼龙混合液；将所述纤维状导电粉体和所述尼龙混合液加热反应后解压，降温至室温，经过后处理得到尼龙复合粉末。2.根据权利要求1所述的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于，所述凹凸棒石的长为0.5
‑
2um，直径20
‑
50nm的单分散纳米纤维。3.根据权利要求1所述的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于，所述凹凸棒石和苯胺单体的质量比为1:0.1
‑
0.4。4.根据权利要求1所述的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为过硫酸铵或三氯化铁。5.根据权利要求1所述的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于，所述苯胺与氧化剂的的质量比为1:1.3
‑
1.8。6.根据权利要求1所述的尼龙复合粉末的制备方法，其特征在于，所述的掺杂剂为苯磺酸、盐酸或磷酸。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰华，臧垚，马国超，曹一康，许高杰，吴伟，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：