專利名稱：基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合粉末材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合粉末材料，并提供了該尼龍/鋁粉復(fù)合粉末材料的制備方法。
背景技術(shù)：
選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，簡稱SLS)快速成型技術(shù)是利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理，在計算機(jī)控制下層層堆積成型。利用該技術(shù)幾乎可以成型任意幾何形狀的制件，包括工業(yè)生產(chǎn)中所需要的各種復(fù)雜形狀的模具等；該技術(shù)可應(yīng)用的材料范圍非常寬，包括高分子、陶瓷、金屬及各種復(fù)合材料等。尼龍等高分子材料具有低熱傳導(dǎo)性的特點，用這些材料制備出來的模具具有導(dǎo)熱性能差的缺陷，一方面模具加熱時間長，將影響制品的成型質(zhì)量及制件性能，另一方面模具冷卻過程需要較長的時間，這將非常不利于成型后的脫模處理。在SLS材料領(lǐng)域，金屬粉末是導(dǎo)熱性能最好的材料，而SLS技術(shù)也是快速成型技術(shù)中唯一可以直接或間接地?zé)Y(jié)金屬粉末來制作金屬件的工藝。直接金屬粉末激光燒結(jié)是利用高能量的激光直接燒結(jié)金屬粉末獲得金屬零部件，該法所得金屬件對燒結(jié)的激光功率、燒結(jié)材料及燒結(jié)工藝等要求極高，且存在球化、翹曲變型等技術(shù)難題， 因而其應(yīng)用受到一定限制。SLS制造金屬件應(yīng)用更為廣泛的方法是間接金屬粉末燒結(jié)法， 該法是將金屬粉末和某種粘結(jié)劑按一定比例混合均勻，用激光束對混合粉末進(jìn)行選擇性掃描，激光的作用使混合粉末中的粘結(jié)劑熔化并將金屬粉末粘結(jié)在一起，形成金屬零件的坯體，再經(jīng)脫脂、高溫二次燒結(jié)、金屬溶滲等后處理得到金屬制件產(chǎn)品，其中成型性能好、強(qiáng)度高的尼龍粉末材料是常用的粘接劑之一，如CN101036944采用覆膜法制備了尼龍覆膜金屬粉末材料，用于SLS間接法制備金屬件；但該法須經(jīng)過復(fù)雜的后續(xù)處理，最后所得金屬件的力學(xué)性能、成型精度等都會有所影響。SLS成型金屬件面臨眾多技術(shù)難題，工藝復(fù)雜、成本高，很大程度上限制了模具制造等對制件導(dǎo)熱性能要求高的領(lǐng)域的發(fā)展。開發(fā)出適用于SLS 工藝的具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能、成型性能等特點新型復(fù)合材料(在此，我們稱該類復(fù)合材料為類金屬材料)，突破原有高分子材料及金屬材料在導(dǎo)熱性差、技術(shù)難度高、工藝復(fù)雜、價格昂貴等方面的缺陷，制備具有優(yōu)良的SLS成型效果、力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能的類金屬件，以適用于模具制造等對制品導(dǎo)熱性要求高的領(lǐng)域，是SLS技術(shù)領(lǐng)域面臨的一項重要課題，但目前鮮有報道涉及相關(guān)SLS類金屬材料及制件的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合材料，用于 SLS成型制造類金屬制件，在保證優(yōu)良力學(xué)性能及成型效果的同時，提供較高的導(dǎo)熱系數(shù)， 成型制件有金屬質(zhì)感，所得SLS類金屬制件綜合性能優(yōu)良，可適用于模具制造等對制件導(dǎo)熱性能要求高的制造領(lǐng)域。本發(fā)明提供的基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合材料，是由以下組分組成的尼龍樹脂粉末，鋁粉，流動助劑，光吸收劑，抗氧劑；各組分按下述重量份數(shù)配比
尼龍樹脂 50-80鋁粉20-50流動助劑0. 3-3光吸收劑0. 1-1抗氧劑0. 5-1上述尼龍樹脂粉末選自PA6，PA66，PA1010, PAl 1, PA12。上述鋁粉的粒徑為10 100 μ m。上述流動助劑為納米氧化鋁、納米氧化鈣、納米碳化硅、納米二氧化硅中的一種或幾種。上述光吸收劑為苯酮類、苯并三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類與受阻胺類光吸收劑中的一種或幾種；其中苯酮類光吸收劑優(yōu)選為2，4_ 二羥基二苯甲酮、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮，苯并三唑類光吸收劑優(yōu)選為2- '-羥基-3' ,5' -二叔苯基)-5-氯化苯并三唑等，三嗪類光吸收劑優(yōu)選為2，4，6-三O ‘正丁氧基苯基)-1，3，5-三嗪，受阻胺類優(yōu)選為二 0，2，6，6-四甲基-4-哌啶基(癸二酸酯、雙(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸上述抗氧化劑為受阻酚類抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑組成的復(fù)合抗氧劑，其中受阻酚類抗氧劑優(yōu)選為1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)苯、2，6-二叔丁基-4-甲基-苯酚、N，N' -二(3，5_二叔丁基-4-羥基苯基丙酰胺)、2，2' _雙0-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷、2，2' _雙G-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一種或幾種，其用量為復(fù)合抗氧劑總重量的60-80% ；其中亞磷酸酯類抗氧劑優(yōu)選為2，2'-亞乙基雙(4，6_ 二叔丁基苯基)氟代亞磷酸酯、四(2，4_ 二叔丁基苯基)-4，4'-聯(lián)苯基雙亞磷酸酯中的一種或幾種，其用量為復(fù)合抗氧劑總重量的20-40%。本發(fā)明提供的基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合材料根據(jù)上述各組分配比， 按以下步驟得到本發(fā)明提供的基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合材料將鋁粉加至機(jī)械攪拌器內(nèi)，再添加尼龍樹脂粉末、流動助劑、光吸收劑、抗氧劑，攪拌均勻，通過150目篩，得到基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合材料。將所得尼龍/鋁粉復(fù)合材料用于SLS成型設(shè)備成型，所得成型制件按ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測試。上述步驟A和B中所用的加料、攪拌、過篩及SLS成型方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，采用其它替換方案實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)手段均屬于本發(fā)明范圍。本發(fā)明提供的基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合材料可直接用于SLS成型， 制造各種復(fù)雜幾何形狀的類金屬模具等產(chǎn)品，具有現(xiàn)有的金屬及非金屬材料不可比擬的優(yōu)點。與直接命屬粉末激光燒結(jié)相比，本發(fā)明提供的尼龍/鋁粉復(fù)合材料只需低功率激光器就能實現(xiàn)粉末的燒結(jié)成型，工藝成本大大降低，且成型過程中不發(fā)生球化、翹曲變形等問題；與間接金屬粉末激光燒結(jié)相比，本發(fā)明提供的尼龍/鋁粉復(fù)合材料所得SLS制件不需復(fù)雜的后續(xù)處理即可作為注塑模具等功能件應(yīng)用于其他機(jī)械制造領(lǐng)域，成型精度高、力學(xué)性能好；與非金屬材料相比，本發(fā)明提供的尼龍/鋁粉復(fù)合材料具備了較高的導(dǎo)熱性能，非常適用于模具制造等對制件導(dǎo)熱性能要求高的領(lǐng)域。
具體實施例方式實施例1稱取鋁粉2500克，放入機(jī)械攪拌器內(nèi)，再添加尼龍12粉料2500克、流動助劑50 克、光吸收劑30克和抗氧劑30克，將混和物料攪拌均勻，過篩，得到尼龍復(fù)合粉末材料。在SLS成型設(shè)備上成型步驟B所得尼龍復(fù)合粉末材料，制備工藝參數(shù)為激光功率 14W，掃描速度2000mm/S，燒結(jié)間距0. 1mm，燒結(jié)層厚度0. 1mm，預(yù)熱溫度175°C ；將所得SLS 成型件按ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測試，結(jié)果見表1。實施例2稱取鋁粉2000克，放入機(jī)械攪拌器內(nèi)，再添加尼龍12粉料3000克、流動助劑60 克、光吸收劑35克和抗氧劑35克，將混和物料攪拌均勻，過篩，得到尼龍復(fù)合粉末材料。在SLS成型設(shè)備上成型步驟B所得尼龍復(fù)合粉末材料，制備工藝參數(shù)為激光功率 14W，掃描速度2000mm/S，燒結(jié)間距0. 1mm，燒結(jié)層厚度0. 1mm，預(yù)熱溫度175°C ；將所得SLS 成型件按ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測試。實施例3稱取鋁粉1500克，放入機(jī)械攪拌器內(nèi)，再添加尼龍12粉料3500克、流動助劑70 克、光吸收劑40克和抗氧劑40克，將混和物料攪拌均勻，過篩，得到尼龍復(fù)合粉末材料。在SLS成型設(shè)備上成型步驟B所得尼龍復(fù)合粉末材料，制備工藝參數(shù)為激光功率 14W，掃描速度2000mm/S，燒結(jié)間距0. 1mm，燒結(jié)層厚度0. 1mm，預(yù)熱溫度175°C ；將所得SLS 成型件按ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測試。對比例將原料尼龍12粉直接在SLS成型設(shè)備上成型，制備工藝參數(shù)為激光功率12W，掃描速度2000mm/s，燒結(jié)間距0. 1mm，燒結(jié)層厚度0. Imm,預(yù)熱溫度170°C ；將所得SLS成型件按ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性能測試。
權(quán)利要求
1.基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合粉末材料，其特征在于所述的尼龍復(fù)合材料是由以下組分組成的尼龍樹脂，鋁粉，流動助劑，光吸收劑，抗氧劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，其特征是各組分按下述重量份數(shù)配比 尼龍樹脂 50-80鋁粉20-50流動助劑 0. 3-3 光吸收劑 0. 1-1 抗氧劑0. 5-1
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述，其特征是所述的尼龍樹脂選自PA6、PA66、PA1010、PA11、 PA12。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述，其特征是所述的鋁粉的粒徑范圍為10 100μ m
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述，其特征是所述的流動助劑為納米氧化鋁、納米氧化鈣、納米碳化硅、納米二氧化硅中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述，其特征是所述的光吸收劑為苯酮類、苯并三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類與受阻胺類光吸收劑中的一種或幾種；其中苯酮類光吸收劑優(yōu)選為2，4-二羥基二苯甲酮、2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮，苯并三唑類光吸收劑優(yōu)選為2- '-羥基-3'，5' -二叔苯基)-5-氯化苯并三唑，三嗪類光吸收劑優(yōu)選為2，4，6-三O'-正丁氧基苯基)-1，3，5_三嗪，受阻胺類光吸收劑優(yōu)選為二 0，2，6，6_四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、雙(1，2，2，6，6_五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述，其特征是所述的抗氧化劑為受阻酚類抗氧劑和亞磷酸酯類抗氧劑組成的復(fù)合抗氧劑；其中受阻酚類抗氧劑優(yōu)選為1，3，5_三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)苯、2，6-二叔丁基-4-甲基-苯酚、N，N'-二(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基丙酰胺)、2，2'-雙G-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷、2，2' _雙0-乙基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一種或幾種，其用量為復(fù)合抗氧劑總重量的60-80% ；其中亞磷酸酯類抗氧劑優(yōu)選為2，2'-亞乙基雙(4，6-二叔丁基苯基)氟代亞磷酸酯、四(2， 4- 二叔丁基苯基)-4，4'-聯(lián)苯基雙亞磷酸酯中的一種或幾種，其用量為復(fù)合抗氧劑總重量的 20-40% ο
8.權(quán)利要求1所述的基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合粉末材料是按以下步驟制得將鋁粉加至機(jī)械攪拌器內(nèi)，再添加尼龍樹脂、流動助劑、光吸收劑、抗氧劑，攪拌均勻， 通過150目篩，制得所述的基于選擇性激光燒結(jié)的尼龍/鋁粉復(fù)合粉末材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，簡稱SLS)的尼龍/鋁粉復(fù)合粉末材料，其組分包括尼龍樹脂，鋁粉，流動助劑，光吸收劑，抗氧劑；本發(fā)明同時公開了該尼龍復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明提供的尼龍/鋁粉復(fù)合粉末材料用于SLS成型時，在保證優(yōu)良力學(xué)性能及成型效果的同時，提供了較高導(dǎo)熱性能的類金屬制件，成型制件有金屬質(zhì)感，有效改善了SLS制件綜合性能，尤其適用于模具生產(chǎn)等對制件導(dǎo)熱性能要求高的制造領(lǐng)域。
文檔編號C08K3/36GK102372918SQ20101025172
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者周紅衛(wèi), 許小曙, 邊宏 申請人:湖南華曙高科技有限責(zé)任公司