[发明专利]一种聚合物基球形粉体的制备装置及制备工艺

说明书

本发明提供了一种聚合物基球形粉体的制备装置及制备工艺，该制备装置包括磨盘碾磨系统和感应耦合等离子体粉末球化系统，该制备装置的磨盘碾磨系统通过向物料施加强大的挤压、剪切和环向应力，在室温条件下实现物料的超细粉碎；感应耦合等离子体粉末球化系统以高温等离子体为高温热源，聚合物粉末受热均匀，熔融和冷却速率快，可以在极短的时间内完成球形化处理。通过该制备装置将聚合物基球形粉体的制备过程进行整合、连续化生产，并大幅改良了其制备工艺，从而制备了可以用于SLS领域的性能优异的聚合物基球形粉体材料，同时能够大规模批量化生产。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种聚合物基球形粉体的制备装置及制备工艺，尤其适合作为选择性激光烧结技术原材料的制备。

背景技术

选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)技术是一种重要的3D打印技术，它是近年来迅速发展起来的一种基于离散/堆积原理的先进制造方法。SLS技术利用激光的热作用，按照CAD模型将粉体材料选择性熔融、逐层叠加，形成最终制件。与传统加工方法相比，SLS加工的技术优势主要在于自由成型和整体制造，可以用于生产具有任意复杂结构的制件，实现了复杂制件的定制生产。

SLS加工的原材料为粉体材料，主要包括金属材料、陶瓷材料和高分子材料等。与其他材料相比，高分子材料密度小、成本低，易于进行改性、加工、后处理，可以满足不同使用条件下的个性化需求，是应用最为广泛的SLS成型材料。基于SLS技术独特的加工工艺，SLS技术对高分子材料具有较高的性能要求，较宽的烧结窗口可以有效防止SLS制件发生翘曲、变形，合适的粒径分布和良好的粘结强度是获得优良制件的关键。除此之外，高分子粉体材料较好的流动性和较大的堆积密度也是获得高致密度、高力学强度和高尺寸精度SLS制件的保障。

高分子材料在选择性激光烧结材料中占有重要地位，应用前景十分广阔，国内外学者对高分子粉体材料在选择性激光烧结中的应用进行深入的研究。高分子粉体材料的颗粒形状对制件的性能有着显著影响，而粉体材料的颗粒形状与其制备方法有关。当前选择性激光烧结用聚合物粉末的加工制备方法主要有深冷粉碎法、溶剂沉淀法、喷雾干燥法等。这些方法各有其优势，可以制备一定粒度分布的、形状规则的SLS聚合物粉体材料。但也存在一定的缺陷：深冷粉碎法操作简单，但粉末混合效果和粉末形态较差；溶剂沉降法制备的粉末则尺寸均一、混合均匀，但操作复杂、生产效率低；喷雾干燥法要消耗大量的有机溶剂，可能对环境造成污染。

为了得到一种球形度高、内部结构均匀且适用于SLS加工的聚合物基球形粉体，本发明申请人的在先专利申请“聚合物基微/纳米功能复合球形粉体及其制备方法”(申请号201710882508.2)公开了一种利用磨盘型固相力化学反应器(专利号为ZL95111258.9、公开号为CN1130545A)通过碾磨实现微/纳米无机功能粒子在聚合物基体中的良好分散，然后熔融挤出、切粒，再碾磨至合适粒径，最后通过将二次碾磨后的复合粉体于分散剂中进行球形化处理，从而得到一种球形度高、内部结构均匀且适用于SLS加工的聚合物基球形粉体。

但上述所公开的在先申请专利的技术内容，也存在下述的缺陷或问题：1、所利用的磨盘型固相力化学反应器(专利号为ZL95111258.9、公开号为CN1130545A)为本发明申请人1995年所申请授权的专利，该反应器为立式磨盘，该立式磨盘无真空系统和液压装置，依靠手工加料和加压，操作复杂，生产效率不高；2、制备方法采用了一次碾磨、熔融挤出切粒、二次碾磨再球形化处理的工艺流程，该方法工序复杂，生产效率不高，无特定的生产设备，难以规模化、连续化生产；3、球形化处理采用了将二次碾磨后的复合粉体于分散剂中进行球形化处理的技术手段，但分散剂的种类需要根据聚合物物理性质而定，单一分散剂对聚合物种类的适应性较窄，分散剂需在后处理工艺中进行过滤、洗涤除去，并且所制备的产品粉体上仍会有分散剂残留，产品的物理性能和化学性能会受到影响，除去的分散剂可能会对环境造成污染。