[发明专利]一种可选择性激光烧结成型聚酰亚胺粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可选择性激光烧结成型聚酰亚胺粉末及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：1)氮气或氩气保护下，将二胺加入离子溶剂中，升温至25～60℃搅拌使之充分溶解后，冷却至常温备用；2)将二酐分批次加入步骤1)所得溶液中，每批次间隔时间为20～40min，再逐步升温至120～260℃，持续反应2～24小时后，依次经洗涤、干燥处理，即得可选择性激光烧结成型聚酰亚胺粉末。本发明采用二胺在离子溶剂中一步亚胺化，制备的聚酰亚胺粉末不仅亚胺化程度高、耐热稳定性高，而且其粒径分布、表观密度、形貌等参数满足选择性激光烧结成型工艺要求。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地指一种可选择性激光烧结成型聚酰亚胺粉末及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺是一类主链中含亚胺环且化学结构较为规整的刚性链聚合物。作为20世纪60年代初开发的最高耐热等级的树脂，其广泛应用于航空航天，微电子，液晶，激光等领域。

聚酰亚胺粉末的性能不仅与反应单体的分子结构有关，还与反应的溶剂体系及聚合工艺等息息相关。为获得高亚胺化程度与高耐热等级的聚酰亚胺粉末，往往在非质子极性溶剂(N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮)中采用高温一步法制备，但溶剂本身的稳定性较低、毒性较高，以及高温下与聚酰亚胺形成络合物难以除尽等劣势，限制了一步高温法在制备聚酰亚胺粉末上的应用。

选择性激光烧结成型(SLS)作为3D打印领域中增材制造的一种，具有制造工艺简单、材料利用率好、成型精度高等优势而备受关注。材料是SLS技术发展的关键，对成形件的精度和物理机械性能起着决定性作用，成为本领域的研究和开发热点。目前已研发出多种SLS材料，包括以下几类：金属基粉末、陶瓷基粉末、覆膜砂、高分子基粉末。高分子与金属、陶瓷材料相比，具有成形温度低、烧结所需的激光功率小等优点，而且由于其表面能低，熔融粘度较高，没有金属粉末烧结时较难克服的球化效应，因此，高分子基粉末最早在SLS工艺中得到应用，也是目前应用最多、最成功的SLS材料。目前，已用于SLS的高分子材料主要是热塑性高分子及其复合材料，热塑性高分子又可分为非结晶性和结晶性两种，其中非结晶性高分子包括聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、高抗冲聚乙烯(HIPS)等，结晶性高分子有尼龙(PA)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚醚醚酮(PEEK)等。尤其是对于高耐热等级的树脂粉末材料，大大克服了传统热压，注塑成型工艺繁杂的缺点。目前已经开发出的高等级耐热材料只有聚醚醚酮(PEEK)一种，而且因为聚醚醚酮(PEEK)的价格昂贵，在某些应用领域虽然PEEK具有良好的性能但是碍于价格很难于大规模推广利用(史玉升，闫春泽，魏青松，等.选择性激光烧结3D打印用高分子复合材料.中国科学:信息科学,2015,45:204)。

因此，有不少研究者致力于采用各类方法制备适用于SLS方式的耐热高分子材料，然而，现有的聚酰亚胺粉末存在以下缺陷：(1)制成粉末的方式是冷冻球磨，制备出的材料粒径较大，达不到SLS材料成型精细度的要求；(2)目前通用的聚酰亚胺制备方法中，其浆料是聚酰胺酸预聚物，以该浆料制备的粉末是聚酰胺酸，需要进一步亚胺化才能满足材料的高温使用需求；(3)即便采用化学亚胺化制备聚酰亚胺浆料，其合成过程大量使用乙酸酐、吡啶、三乙胺等试剂，加工过程污染比较大、成本高，该方法在工业中鲜有使用。因而，在新型绿色溶剂中制备满足选择性激光烧结成型工艺要求的聚酰亚胺粉末具有极其重要的经济效益和市场价值。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种可选择性激光烧结成型聚酰亚胺粉末及其制备方法，该方法采用二胺在离子溶剂中一步亚胺化，制备的聚酰亚胺粉末不仅亚胺化程度高、耐热稳定性高，而且其粒径分布、表观密度、形貌等参数满足选择性激光烧结成型工艺要求。

为实现上述目的，本发明所提供的一种可选择性激光烧结成型聚酰亚胺粉末，所述可选择性激光烧结成型聚酰亚胺粉末的结构通式如下：

式中，n为100～10⁵内的整数。