[发明专利]用于选择性激光烧结的聚乙烯树脂粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物加工技术领域，具体涉及一种用于选择性激光烧结的玻纤增强聚乙烯树脂粉末及其制备方法和在选择性激光烧结方面的应用。

背景技术

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)技术是一种快速成型技术，是目前增材制造技术中应用最广泛且最具市场前景的技术，近年来呈现出快速发展的趋势。SLS技术是由计算机首先对三维实体进行扫描，然后通过高强度激光照射预先在工作台或零部件上铺上的材料粉末选择性地一层接着一层地熔融烧结，进而实现逐层成型的技术。SLS技术具有高度的设计柔性，能够制造出精确的模型和原型，可以成型具有可靠结构的可以直接使用的零部件，并且生产周期短，工艺简单，因此特别适合于新产品的开发。

能够用于SLS技术的成型材料种类较为广泛，包括高分子、石蜡、金属、陶瓷以及它们的复合材料。然而，成型材料的性能、性状又是SLS技术烧结成功的一个重要因素，它还直接影响成型件的成型速度、精度，以及物理、化学性能及其综合性能。尽管适用的成型材料种类繁多，但是目前能够直接应用于SLS技术并成功制造出尺寸误差小、表面规整、孔隙率低的模塑品的聚合物粉末原料却鲜少。现有技术中，通常采用粉碎法、如深冷粉碎法来制备SLS用的粉末原料，这不仅需要特定设备，制备得到的粉末原料颗粒表面较粗糙、粒径不够均匀、形状不规则，不利于烧结成型体的形成，并影响成型体的性能。目前市场上适用于SLS技术的聚合物粉末原料匮乏，因此各种聚合物种类相应的固体粉末原料亟待开发。

聚乙烯(PE)是一种使用范围很广且用量很大的通用高分子材料，具有良好的综合性能。然而，聚乙烯材料在使用过程中经常会遇到物理机械性能较差的问题，在应用过程中受到限制。因此开发SLS用的玻纤增强聚乙烯固体粉末，既可满足实际应用中的个性化需求、又能满足应用领域对材料力学性能的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种适用于选择性激光烧结的玻纤增强聚乙烯树脂粉末及其制备方法和应用。根据本发明提供的方法制备得到的聚乙烯树脂粉末，具有良好的力学性能和粉末流动性、合适的尺寸大小、合适的堆密度、匀称的颗粒外形以及均匀的粒径分布，适用于选择性激光烧结制备各种模塑品。

本发明提供了一种用于选择性激光烧结的玻纤增强聚乙烯树脂粉末的制备方法，包括以下步骤：

a)在加热温度下，将聚乙烯树脂溶解于C₅-C₁₂烷烃中的至少一种，得到聚乙烯树脂溶液；

b)将步骤a)得到的聚乙烯树脂溶液降温，使固体沉淀析出，得到固液混合物；

c)在步骤b)得到的固液混合物中加入助剂后混合均匀，除去溶剂后干燥，得到用于选择性激光烧结的玻纤增强聚乙烯树脂粉末；

其中，所述助剂包括玻璃纤维、抗氧剂和粉末隔离剂。

根据本发明，在步骤a)中，所述C₅-C₁₂烷烃优选为C₅-C₈烷烃，更优选包括正戊烷、异戊烷、正己烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2,2-二甲基丁烷、2,3-二甲基丁烷、环己烷、正庚烷、2-甲基己烷、3-甲基己烷、2,2-二甲基戊烷、2,3-二甲基戊烷、2,4-二甲基戊烷、3,3-二甲基戊烷、3-乙基戊烷、2,2,3-三甲基丁烷中的至少一种，最优选正己烷和/或正庚烷。

尽管有机溶剂沉淀技术已经被用于分离和提纯生化物质，尤其是蛋白质，或者用于析出制备晶体。但是，目前关于采用有机溶剂沉淀法制备用于选择性激光烧结技术的树脂材料粉末的报道还很少。尤其是尚未有报道用于制备适用于选择性激光烧结的聚乙烯树脂粉末。对于有机溶剂沉淀技术，溶剂种类的选自至关重要。对于特定的高分子材料聚乙烯树脂，本发明的发明人通过不断地尝试和探索研究，发现使用如上所述的C₅-C₁₂烷烃、尤其是正己烷和/或正庚烷作为有机溶剂溶解并降温沉淀聚乙烯树脂时，能够获得适于选择性激光烧结的聚乙烯粉末原料。

根据本发明，在步骤a)中，所述聚乙烯树脂优选为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的至少一种。所述聚乙烯树脂的熔融指数在190℃， 2.16kg载量下测定为20～100g/10min，优选30～80g/10min。

本发明的发明人通过大量实验发现，熔融指数在上述范围内的聚乙烯树脂在熔融后具有良好的流动性，有利于激光烧结工艺。