[發(fā)明專(zhuān)利]用于選擇性激光燒結(jié)的聚丙烯粉末及其制備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610258367.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107304270B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紹杰;劉建葉;吳長(zhǎng)江;張師軍;鄒浩;初立秋;呂明福;權(quán)慧;郭鵬;徐凱;白弈青;侴白舸
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C08L23/12
• 分類(lèi)號(hào): C08L23/12;C08J3/12;C08J3/11;B33Y70/00
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 劉烽;常怡

本發(fā)明提供了一種選擇性激光燒結(jié)的聚丙烯粉末，包含聚丙烯材料和表面活性劑，并且通過(guò)差示掃描量熱分析法對(duì)所述聚丙烯粉末進(jìn)行分析，得到的DSC分析曲線(xiàn)上在145?155℃之間和160?170℃之間分別存在熔融峰；并提供了一種該聚丙烯粉末的制備方法，包括以下步驟：1)將聚丙烯材料、表面活性劑和有機(jī)溶劑混合，攪拌下加熱至目標(biāo)加熱溫度，繼續(xù)恒溫?cái)嚢瑁纬删郾┤芤海?)將所述聚丙烯溶液淬冷至目標(biāo)淬冷溫度，恒溫靜置，溶液中有沉淀生成；3)分離所述沉淀，并進(jìn)行洗滌、干燥，得到聚丙烯粉末。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚合物加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于選擇性激光燒結(jié)的聚丙烯粉末及其制備方法。

背景技術(shù)

3D打印技術(shù)，又稱(chēng)快速成型制造技術(shù)，具有“分層制造、逐層疊加”的共同特征。3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)材料變形成型和去除成型的工藝方法，可在沒(méi)有夾具或模具的條件下迅速制造出任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體零件，且可有效地縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。3D打印技術(shù)涉及信息技術(shù)、材料科學(xué)、精密機(jī)械等多個(gè)方面，在當(dāng)今制造業(yè)中越來(lái)越具有競(jìng)爭(zhēng)力，因此被稱(chēng)為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。

選擇性激光燒結(jié)(Selective Laser Sintering，簡(jiǎn)稱(chēng)SLS)是3D打印技術(shù)的一種，其以固體粉末為原料，根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)模型，通過(guò)分層制造疊加，使用激光選擇性地?zé)Y(jié)粉末材料成型為三維實(shí)體。SLS具有成型材料廣泛、應(yīng)用范圍廣、材料利用率高和無(wú)需支撐等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代制造業(yè)中受到越來(lái)越廣泛的重視。其具體工藝流程包括：先利用計(jì)算機(jī)將零件三維實(shí)體模型文件沿Z向分層切片，并將零件實(shí)體的截面信息儲(chǔ)存于STL文件中。然后在工作臺(tái)上用鋪粉輥鋪一層顆粒材料，由CO₂激光器發(fā)出的激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)各層截面的CAD數(shù)據(jù)，有選擇地對(duì)顆粒層進(jìn)行掃描，在被激光掃描的區(qū)域，顆粒材料被燒結(jié)在一起，未被激光照射的顆粒仍呈松散狀，作為成型件和下一顆粒層的支撐。一層燒結(jié)完成后，工作臺(tái)下降一個(gè)截面層(設(shè)定的切片厚度)的高度，再進(jìn)行下一層鋪粉燒結(jié)，新的一層和前一層自然地?zé)Y(jié)在一起。這樣，當(dāng)全部截面燒結(jié)完成后除去未被燒結(jié)的多余顆粒，便得到所設(shè)計(jì)的三維實(shí)體零件。

成型材料是影響SLS發(fā)展的一個(gè)重要因素。現(xiàn)有SLS成型材料包括聚合物粉末，陶瓷粉末和金屬粉末等。與金屬和陶瓷粉末等SLS成型材料相比，聚合物粉末具有成型溫度低、燒結(jié)激光功率小、精度高等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用于SLS中的聚合物材料主要是非晶態(tài)聚合物和晶態(tài)聚合物。其中，晶態(tài)聚合物，包括聚酰胺(尼龍)、聚乙烯、聚丙烯等，具有確定的熔融溫度，熔融溫度以上時(shí)無(wú)序態(tài)晶態(tài)聚合物的熔融粘度非常低，其燒結(jié)速率較高，燒結(jié)件的致密度非常高。然而，晶態(tài)聚合物在熔融結(jié)晶過(guò)程中有較大的收縮，同時(shí)燒結(jié)引起的體積收縮也非常大，這就造成晶態(tài)聚合物在燒結(jié)過(guò)程中容易翹曲變形，燒結(jié)件的尺寸精度較差，更為嚴(yán)重的是，這使得SLS加工的零部件脆性高，韌性低，易破損。

聚丙烯(PP)是由丙烯單獨(dú)聚合或丙烯與其它烯烴共聚合得到的聚合物，具有質(zhì)輕、耐熱性好、硬度高、易加工等優(yōu)異性能，現(xiàn)已成為五大通用合成樹(shù)脂中增長(zhǎng)速度最快、新品種開(kāi)發(fā)最為活躍產(chǎn)品之一。但其作為一種晶態(tài)聚合物，也具有上述缺陷。不僅是PP的內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性，PP的外在性質(zhì)(粒徑和形貌)也對(duì)SLS的成型效果有重要的影響。表面平滑的球形粉末能夠提升SLS的成型精度。

目前SLS用PP粉末可以通過(guò)溶液重結(jié)晶法和低溫機(jī)械粉碎法制備。采用溶液重結(jié)晶法和低溫機(jī)械粉碎法制備聚丙烯粉末均存在形狀不規(guī)則，球形度不佳的問(wèn)題，限制了PP粉末在SLS中的應(yīng)用和燒結(jié)件性能的提高。另外，PP粉末中其他成分的添加通常是在粉末制備后攪拌加入，各成分難以與PP混合均勻。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種用于選擇性激光燒結(jié)的聚丙烯粉末及其制備方法。根據(jù)本發(fā)明所提供的聚丙烯粉末，為復(fù)合式晶型的聚丙烯，強(qiáng)度和韌性?xún)?yōu)異，并且粒徑尺寸(20-90μm)合適、粒徑分布集中，具有勻稱(chēng)規(guī)則的顆粒外形，球形度高，流動(dòng)性好，特別適用于選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。