[發(fā)明專利]聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體及其制備方法

在審

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• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106832905A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳寧;戚方偉;王琪;張正義;王樂泉;陳英紅
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C08L77/02
• 分類號: C08L77/02;C08L75/04;C08L23/06;C08L27/16;C08L69/00;C08L33/12;C08L61/16;C08L23/12;C08K13/02;C08K13/04;C08K3/24;C08K5/134;C08K5/526
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙)51124
• 代理人: 梁鑫,張小麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子領(lǐng)域，具體涉及一種聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體及其制備方法。

背景技術(shù)

3D打印是基于材料、機械、控制、計算機軟件等多學(xué)科交叉的先進制造技術(shù)，體現(xiàn)綠色制造、智能制造和社會化制造的特點。目前，3D打印制備的產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于國防重大裝備、航空航天、生物醫(yī)療、工業(yè)設(shè)計、通訊電子、汽車等高科技領(lǐng)域。歐美發(fā)達國家對此高度重視，認為該技術(shù)“將推動實現(xiàn)第三次工業(yè)革命”并被美國“時代周刊”列為“美國十個增長最快的工業(yè)”。鑒于此，各國實施了不同的戰(zhàn)略布局和政策引導(dǎo)，比如我國的《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》、《信息化和工業(yè)化深度融合專項行動計劃》，美國的《先進制造國家戰(zhàn)略計劃》以及歐盟的《3D打印標準化支持行動(SASAM)》等，全方位支持3D打印的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

選擇性激光燒結(jié)(selective laser sintering,簡稱SLS)作為一個重要的3D打印技術(shù)，基于離散/堆積成型原理，以激光作為加工熱源在計算機控制下有選擇的對金屬或非金屬粉末進行燒結(jié)快速形成三維制件，為實現(xiàn)模具制造的結(jié)構(gòu)多樣化、短周期、低費用提供了一條捷徑，成為目前市場最具潛力的先進制造技術(shù)。高分子材料與陶瓷和金屬材料相比，具有熔融溫度低、加工條件溫和、精度高等特點，是目前應(yīng)用最為廣泛的SLS材料。然而，可用于SLS加工的高分子原料種類太少，結(jié)構(gòu)較單一，迫切需要研發(fā)高性價比、多功能的新型SLS加工用料。

聚合物基微/納米復(fù)合材料由于無機顆粒特殊的自身性能和尺寸效應(yīng)，可賦予聚合物優(yōu)異的光、電、力、熱等性能，成為當(dāng)前用于SLS燒結(jié)新材料研究開發(fā)的熱點。然而，對于聚合物基微/納米復(fù)合材料，無機粒子在聚合物基體中的分散和界面作用力對材料的整體性能起著至關(guān)重要的作用。目前，用于制備SLS加工的聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體的方法主要包括機械共混、溶劑沉淀、熔融擠出-深冷粉碎等。機械共混就是簡單的將聚合物和無機顆粒以粉體形式進行簡單的機械混合，這種方法存在的問題較多：其一無機納米粒子較大的表面能在聚合物基體中易發(fā)生團聚，無法生產(chǎn)性能均一穩(wěn)定的復(fù)合材料；其二聚合物和無機粒子兩者間存在一定的密度差，在SLS鋪粉或運輸?shù)倪^程中可能會發(fā)生“沉析”現(xiàn)象；其三無機粒子粘附在聚合物表面，減弱體系對激光的吸收效率，影響燒結(jié)性能。溶劑沉淀法是將聚合物顆粒溶解到相應(yīng)的溶劑中，然后在一定的條件下析出到無機納米粒子表面。該方法雖然能夠有效地將無機納米粒子分散在聚合物基體中，但如果要求規(guī)模化生產(chǎn)，需要消耗大量的溶劑，造成環(huán)境污染。此外，針對不同的聚合物還要選定特定的溶劑和溶解方法。熔融擠出-深冷粉碎是目前一種比較簡單、常用的復(fù)合材料粉體制備方法，該方法的優(yōu)勢就是能夠?qū)o機粒子包覆在聚合物基體中并能夠?qū)崿F(xiàn)SLS加工原料的規(guī)模化生產(chǎn)，但存在的問題就是單一的熔融擠出不能解決無機納米粒子在聚合物中的分散問題，導(dǎo)致燒結(jié)制品的綜合性能無法達到預(yù)期要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種適用于SLS的聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體及其制備方法。利用磨盤型固相力化學(xué)反應(yīng)器(ZL95242817.2)在運轉(zhuǎn)過程中對物料施加強大的壓力，剪切應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力，實現(xiàn)微納米無機粒子在聚合物基體中的良好分散；然后對碾磨粉體熔融擠出可實現(xiàn)聚合物對微納米粒子的包覆，防止“沉析現(xiàn)象”產(chǎn)生；最后深冷粉碎利用強大沖擊力將液化到脆化溫度以下的粒子進行粉碎，從而得到了適用于SLS的聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體。

本發(fā)明提供了一種聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體，按質(zhì)量配比計，將聚合物13～98份、無機功能粒子1～85份、抗氧劑1～2份通過固相力化學(xué)反應(yīng)器碾磨，碾磨所得復(fù)合粉體經(jīng)熔融擠出、深冷粉碎、過100～800目篩，然后在篩下物中加入其重量0.2～0.8％的流動助劑混勻，再過150～200目篩網(wǎng)，篩下物即為聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體。

優(yōu)選的，上述聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體中，所述固相力化學(xué)反應(yīng)器碾磨為ZL95242817.2中的固相力化學(xué)反應(yīng)器。

優(yōu)選的，上述聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體中，所述的聚合物為聚偏氟乙烯、尼龍12、尼龍11、尼龍6、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚醚酮或聚氨酯中的至少一種。

優(yōu)選的，上述聚合物基微/納米復(fù)合材料粉體中，所述無機功能粒子為碳納米管、石墨烯、二氧化硅、氧化鋁、羥基磷灰石、黏土、玻璃微珠、碳化硅、玻璃纖維、碳纖維、二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯、鈦酸鋇或氮化硼中的至少一種。