[发明专利]一种用于选区激光烧结的高分子复合粉末及其制备方法

说明书

本发明关于增材制造用高分子粉末材料技术领域，尤其涉及一种选区激光烧结用聚苯乙烯/氧化锌复合粉末的制备方法。该粉末由连续相聚苯乙烯、分散相乙烯醋酸乙烯酯共聚物和分散的纳米氧化锌构成。其中纳米氧化锌能够提供制品杀菌防霉功能，并且提高复合粉末的导热率，从而提高复合粉末材料对激光的吸收效果，减少了制件连续层之间的间隙。乙烯醋酸乙烯酯共聚物在提供材料的韧性的同时，其分子结构中的酯基能够大大改善高分子相与氧化锌粒子的亲和性，从而提高二者相间界面结合力，并且增强SLS制件的层间结合强度。产品中纳米氧化锌分散良好、粒径可以方便地在几微米至几十微米之间调控、粉末流动性好、制品韧性好。

技术领域

本发明涉及增材制造用材料技术领域，尤其涉及一种选区激光烧结用高分子复合粉末的制备方法。

背景技术

增材制造技术将传统制造技术的原材料切割组装变成材料累加，给传统制造业带来深刻变化，受到全世界广泛关注，随着增材制造技术的发展，已被广泛应用于汽车、航空、航天、生物医疗、能源动力等领域。原材料是增材制造技术最重要的物质基础，对产品的成型和使用性能具有决定作用。高分子材料是增材制造原材料中用量最大、应用范围最广、成型方式最多的材料，主要有高分子粉末、高分子丝材和光敏树脂三种形式。其中高分子粉末具有所需烧结能量小、烧结工艺简单、原型质量好等优点，在选区激光烧结（SLS）成型中被广泛应用。目前高分子粉末原料仅有聚苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚醚醚酮、不饱和聚酯、酚醛树脂等有限品种，其中聚苯乙烯具有价廉、制品成型收缩率低，流动性好等优点，但由于聚苯乙烯属于脆性材料，耐冲击强度极低，仅能作为强度、寿命、耐久性要求很低的低端产品，严重制约了其应用领域，市场份额很小。

通常聚苯乙烯塑料通过加入増韧改性剂组分改善其脆性，但是该方法无疑会大大增加后期通过深冷粉碎制造苯乙烯粉末的成本。另一方面，添加具有特殊功效的无机粒子能够赋予复合材料某些功能，并且可能同时提高材料的某些力学性能。但纳米粒子比表面积大，界面原子多，存在大量的悬键和不饱和键，使其具有较高的化学活性，极易团聚形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体。同时无机纳米粒子与有机基体之间存在着极性差异，导致界面亲和性差，引起材料性能降低。因此，解决无机纳米粒子的团聚问题，提高纳米粒子在高分子基相中的分散性是获得高性能高分子纳米复合材料的前提。已有国内外研究者尝试通过添加纳米填料制备复合材料来增强SLS制件的性能。目前制备SLS用高分子纳米复合粉末材料的主要方法有机械混合法、熔融共混+深冷粉碎法和溶剂沉淀法等。机械混合法是将纳米填料和高分子粉末进行机械混合得到复合粉末，该方法工艺简单、制备成本低，但由于纳米粒子表面积大，易形成团聚，该方法无法避免纳米粒子聚结，导致得到的SLS制件中纳米填料在高分子基体中分散效果不好。为此王绍杰等采用将液氮冷却后低温粉碎获得聚丙烯塑料粉末混合偶联剂的方法提高空心玻璃微珠在高分子基相中的分散性（一种选择性激光烧结用聚丙烯粉末产品及其制备方法，CN 110746693 A）。熔融共混+深冷粉碎法是用双螺杆挤出机熔融共混、造粒，再利用深冷粉碎装置将料粒进行低温粉碎，干燥，球磨，筛分等工艺过程获得适用于SLS成形的粉末材料。再将复合材料在所制得的粉末颗粒形貌差异较大，不利于SLS工艺的铺粉，极低的温度下粉碎成适用于SLS成形的粉末材料，该方法虽然可以提高纳米粒子的分散性，粉末颗粒形貌差异较大，不利于SLS工艺的铺粉，制造成本高且能耗高。溶剂沉淀法是将高分子粒料、纳米粉末填料以及溶剂都加入反应容器中，在基体高分子溶解和结晶的过程中，基体材料均匀地包裹在填料的表面，形成纳米复合材料粉末。如专利一种粘土增强尼龙选择性激光烧结成形件的方法（ ZL200710053667．8 ）采用将尼龙树脂、混合溶剂、有机化粘土、抗氧化剂等混合物加热，使尼龙树脂溶解于溶剂中，然后冷却减压蒸馏回收溶剂得尼龙/粘土复合粉末材料。该方法能够将纳米材料较均匀的分散在高分子基体中，得到的粉末多为球形或近球形，因此粉末流动性好，SLS制件表面质量高，但存在着使用大量溶剂以及由此引起的环境污染问题。

发明内容

针对现有SLS用聚苯乙烯粉末制件脆性大和现有技术制备SLS用高分子纳米复合粉末存在的问题，本发明提供一种SLS用高分子纳米无机粒子复合粉末的制备方法。