[发明专利]一种可应用于3D打印的高分子量尼龙粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子量尼龙粉体及其制备方法，具体涉及一种可用于3D打印的高分子量尼龙粉体及其制备方法。

背景技术

3D打印技术又称叠层制造技术，是快速成型领域的一种新兴技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。基本原理是叠层制造，逐层增加材料来生成三维实体的技术。目前，3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造以及艺术创作、珠宝制作等领域，替代这些传统依赖的精细加工工艺。另外，3D打印技术逐渐应用于医学、生物工程、建筑、服装、航空等领域，为创新开拓了广阔的空间。

目前市场上熔融挤压堆积成型技术较常用的聚合物材料是丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、尼龙(PA)和聚碳酸酯(PC)，其中尼龙是目前用量最大的打印原材料。

3D打印技术主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工艺。其中熔融沉积成型技术(FDM)和选择性激光烧结(SLS)技术都会使用热塑性塑料作为基本的3D打印材料。

通常SLS技术及设备采用发射聚焦于目标区域的能量的激光。在生产部件的目标区域内在由激光所发射的能量的作用下部分熔融或软化的粉末材料。操作时粉末所接受照射的激光能量的数量应足以快速形成部件薄片，因而在实施激光照射前必须将目标化境进行加热，将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平；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，则可以得到一烧结好的零件。

具体地，SLS设备包括一种在将粉末层暴露于激光能量之前在目标表面上沉积一层光滑、水平的粉末材料的装置。通过一个连接CAD/CAM系统的操纵光进行扫描以形成部件“薄片”的计算机来控制激光能量发射并局限于所选择的目标区域部分。在粉末材料照射形成部件的第一层“薄片”后，将粉末材料的第二层沉积于目标区域内。由CAD/CAM程序所操纵的激光重新扫描目标区域中仅暴露的部分，得到部件的第二层“薄片”。不断重复该方法直到部件“一片接一片”地逐渐累积形成完整的部件。

由于可烧结粉末的各种性能在确保选择性激光烧结法存在一个操作窗口中具有举足轻重的作用。也就是说，在某种程度的高温下使聚合物颗粒发生软化的现象减少至最低限度，使得粉末可保存于受热的目标环境中而又不引发颗粒发生熔融现象，直至后来由扫描的激光束将能量快速集中提供给受热的颗粒。

由于SLS成型方法有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料价格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特点，针对以上特点SLS法主要应用于铸造业，并且可以用来直接制作快速模具。

开发适应于上述3D打印技术的原材料，成了目前各国研究的重点。

在尼龙材料中，目前中只有中低分子量的尼龙12被大量用于3D打印，但尼龙12粉末的成本高。所以开发低成本、高性能的尼龙其它品种粉末材料具有十分重要的意义。

发明内容

针对目前3D打印尼龙粉体材料品种少的缺点，本发明利用阴离子聚合技术制得可用于3D打印的高分子量的尼龙粉体材料。

本发明的目的之一是提供一种可用于3D打印的高分子量尼龙粉体材料。

本发明的目的之二是将内酰胺单体进行阴离子聚合，制备高分子量的尼龙粉体，从而提供一种可用于3D打印的高分子量尼龙粉体的制备方法。

本发明是利用阴离子聚合原理，在碱性催化剂存在的条件下使内酰胺单体发生聚合反应，制备得到尼龙粉末。此方法制备的粉体，能很好地用于二次成型。与低温粉粉碎、溶剂析出工艺相比，具有成本低，无污染等优点。本发明制备的高分子量的尼龙粉末，粘均分子量在5～90万可调，粉末颗粒粒径在20～100微米可控，且粒径大小分布均一，生产工艺绿色环保，制备的尼龙粉体可适用于3D打印工艺。

本发明通过如下技术方案实现：

一种用于3D打印的尼龙粉体组合物，其特征在于，所述粉体材料是由以下重量份的原料经聚合反应得到，以内酰胺单体的重量份为基准，其中原料包括：

根据本发明，所述粉体组合物是由以下重量份的原料经混合后进行原位熔融阴离子聚合反应得到。

所述内酰胺选自己内酰胺，十内酰胺，十二内酰胺中的一种或几种。

根据本发明，所述的碱性催化剂选自于氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化镁、乙醇钠和甲醇钠中的一种或几种。