[發明專利]一種可應用于3D打印的導熱高分子量尼龍粉體及其制備方法

有效

• 申請號: 201410181764.5
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103980484A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 馬永梅;鄭鯤;張京楠;曹新宇;王佛松;林學春;孫文華;徐堅;董金勇;李春成;符文鑫
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C08G69/14
• 分類號: C08G69/14;C08G69/16;C08L77/02;B29C67/00
• 代理公司: 北京慶峰財智知識產權代理事務所(普通合伙) 11417
• 代理人: 劉元霞;謝蓉

技術領域

本發明涉及一種導熱高分子量尼龍粉體及其制備方法，具體涉及一種可用于3D打印的高分子量尼龍粉體及其制備方法。

背景技術

3D打印技術又稱疊層制造技術，是快速成型領域的一種新興技術，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。基本原理是疊層制造，逐層增加材料來生成三維實體的技術。目前，3D打印技術主要被應用于產品原型、模具制造以及藝術創作、珠寶制作等領域，替代這些傳統依賴的精細加工工藝。另外，3D打印技術逐漸應用于醫學、生物工程、建筑、服裝、航空等領域，為創新開拓了廣闊的空間。

3D打印技術主要包括SLA、FDM、SLS、LOM等工藝。其中熔融沉積成型技術(FDM)和選擇性激光燒結(SLS)技術都會使用熱塑性塑料作為基本的3D打印材料。

通常SLS技術及設備采用發射聚焦于目標區域的能量的激光。在生產部件的目標區域內在由激光所發射的能量的作用下部分熔融或軟化的粉末材料。操作時粉末所接受照射的激光能量的數量應足以快速形成部件薄片，因而在實施激光照射前必須將目標化境進行加熱，將粉末預熱到稍低于其熔點的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平；激光束在計算機控制下根據分層截面信息進行有選擇地燒結，一層完成后再進行下一層燒結，全部燒結完后去掉多余的粉末，則可以得到一燒結好的零件。

具體地，SLS設備包括一種在將粉末層暴露于激光能量之前在目標表面上沉積一層光滑、水平的粉末材料的裝置。通過一個連接CAD/CAM系統的操縱光進行掃描以形成部件“薄片”的計算機來控制激光能量發射并局限于所選擇的目標區域部分。在粉末材料照射形成部件的第一層“薄片”后，將粉末材料的第二層沉積于目標區域內。由CAD/CAM程序所操縱的激光重新掃描目標區域中僅暴露的部分，得到部件的第二層“薄片”。不斷重復該方法直到部件“一片接一片”地逐漸累積形成完整的部件。

由于可燒結粉末的各種性能在確保選擇性激光燒結法存在一個操作窗口中具有舉足輕重的作用。也就是說，在某種程度的高溫下使聚合物顆粒發生軟化的現象減少至最低限度，使得粉末可保存于受熱的目標環境中而又不引發顆粒發生熔融現象，直至后來由掃描的激光束將能量快速集中提供給受熱的顆粒。

由于SLS成型方法有著制造工藝簡單，柔性度高、材料選擇范圍廣、材料價格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特點，針對以上特點SLS法主要應用于鑄造業，并且可以用來直接制作快速模具。

開發適應于上述3D打印技術的原材料，成了目前各國研究的重點。

純的尼龍材料粉體材料，使用3D打印工藝制備的制品的尺寸穩定性和耐熱性都不太好。

發明內容

為克服上述缺陷，本發明的目的在于提供一種導熱高分子尼龍粉體復合材料，制品尺寸穩定性好，導熱性高。

本發明的目的之一是提供一種可用于3D打印的導熱高分子量尼龍粉體材料。

本發明的目的之二是將內酰胺單體陰離子聚合，制備導熱高分子量的尼龍粉體，從而提供一種可用于3D打印的導熱高分子量尼龍粉體的制備方法。

本發明是利用陰離子聚合原理，在堿性催化劑存在的條件下使內酰胺單體在石墨粉發生原位聚合反應，制備得到導熱尼龍粉體。由于是原位聚合反應，石墨在尼龍基體中分散均勻，石墨與尼龍基體之間的界面相互作用力強，有利于熱在界面處的傳導，減小界面熱阻，同時也利用應力在界面處的傳遞，從而使制備的導熱尼龍粉體復合材料的導熱性能明顯提高，并且較強的界面作用也顯著提高了導熱尼龍復合材料的力學性能與熱穩定性。此方法制備的粉末，具分子量高，導熱性能好的特點。本發明制備的導熱尼龍粉體，尼龍分子量在5-120萬可調控，粉體粒徑在20-100微米范圍內可控，且粒徑分布均一。本發明制品尺寸穩定性好，導熱性高，能滿足熱能利用與化工熱交換等領域對高性能且結構復雜的導熱復合材料的需求。本發明制備的高分子量的尼龍粉體適用于3D打印工藝。

本發明通過如下技術方案實現：

一種導熱高分子量尼龍復合粉體組合物，其特征在于，所述粉體組合物由以下重量份的原料經聚合反應得到，以內酰胺單體的重量份為基準，其中：

所述內酰胺選自己內酰胺，十內酰胺，十二內酰胺中的一種或幾種。

根據本發明，所述粉體組合物是由上述原料經混合后進行原位熔融聚合反應得到。

根據本發明，所述粉體中尼龍的粘均分子量為5～120萬，高分子量有利于產品力學等性能的提高，粒徑為20～100微米，該粒徑范圍利于3D加工工藝。