[發明專利]一種選擇性激光燒結用碳納米管/木塑復合粉及其制備方法

在審

• 申請號: 201710452867.4
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107090189A
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 張云鶴;方靜;郭艷玲
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: C08L101/12
• 分類號: C08L101/12;C08L97/02;C08K7/24;B33Y70/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 李紅媛

技術領域

本發明涉及一種選擇性激光燒結用碳納米管/木塑復合粉及其制備方法。

背景技術

選擇性激光燒結(SLS)是一種以激光為熱源燒結粉末材料成形的快速成形技術(3D打印技術)，基本原理是：在工作臺上均勻鋪上一層很薄的加工材料粉末，激光束在計算機控制下按照零件分層輪廓有選擇性地進行燒結，被激光束照射的加工材料粉末融化并在隨后的冷卻過程中粘結在一起，就完成了一個層面的加工；逐層鋪粉，逐層掃描燒結，直到完成最后一層的加工，制造出三維實體模型。該技術徹底顛覆了傳統的采用材料去除方式達到零件形狀和精度的方法，采用全新的“增材”方式加工零部件，在現代制造業中受到越來越廣泛的關注。

目前，可成功進行SLS成型加工的材料有三大類：高分子、金屬和無機非金屬，但原材料粉末制備成本高一直是SLS技術推廣應用的瓶頸之一。近年來新開發以農林廢棄粉末如鋸末、秸稈或稻殼等植物纖維與高分子材料復合而成的3D打印材料不但更加節能環保，而且成本極低，如粉碎加工后的秸稈和稻殼等粉末每公斤不足2元。有人把這類材料稱作“第四種3D打印材料”。

已有的研究表明以木粉和塑料的復合粉末為原材料，采用選擇性激光燒結制備的零部件具有硬度較高，剛性好，燒結制件尺寸穩定性好，不易產生裂紋、翹曲，不污染環境、綠色環保等優點，大大降低了材料成本，擴大了3D打印制品的應用范圍。CN200910072409.3公開了一種用于選擇性激光燒結快速成型的木塑復合粉及其制備方法，該發明中的木塑復合粉由熱熔膠粉末、經堿化處理的木質粉末、降粘劑、光穩定劑、偶聯劑、引發劑和有機填料制成，用SLS技術所加工出零部件的相對翹曲率和表面粗糙度都得到明顯改善。但該發明中復合粉末中木粉、熱熔膠粉及其他粉末都屬于低導熱材料，他們的導熱性差，導致激光照射作用在這些粉末上時，融化不充分，木粉和熱熔膠粉無法充分地粘接到一起，因此，獲得的制件強度不高，力學性能偏低。雖然通過提高粉末床的溫度或者提升激光功率的辦法能夠使熱熔膠粉末融化程度升高，但這帶來的負面效應是讓木粉溫度過高產生過熱、過燒，因而使燒結后的制件力學性能明顯劣化。此外，該發明中降粘劑含有石墨等具有一定的導熱性能，但效果不明顯仍然需要進一步提升力學性能。

發明內容

本發明是要解決現有木塑復合粉的選擇性激光燒結制件力學強度較低、無法滿足制件直接應用于實際工業產品的零件結構的問題，而提供一種選擇性激光燒結用碳納米管/木塑復合粉及其制備方法。

一種選擇性激光燒結用碳納米管/木塑復合粉由干松木粉、熱熔膠顆粒和碳納米管組成；所述干松木粉與熱熔膠顆粒的質量比為1:(4～6)；所述碳納米管的添加量為干松木粉和熱熔膠顆粒總質量的0.01％～0.15％；所述熱熔膠顆粒的粒徑為50～70μm。

一種選擇性激光燒結用碳納米管/木塑復合粉的制備方法是按以下步驟完成的：

一、對松木粉進行篩選，得到粒徑為45～90μm的松木粉，將粒徑為45～90μm的松木粉放入溫度為80℃～120℃的烘箱中干燥8h～16h，在干燥過程中每隔2h翻動一次，得到干松木粉；

二、將干松木粉與熱熔膠顆粒混合，得到木塑混合粉末，向木塑混合粉末中加入碳納米管后置于混粉機中，在混粉速度為600r/min～800r/min的條件下混合1～5min后，將混粉速度從600r/min～800r/min提高到1200r/min～1600r/min，在混粉速度為1200r/min～1600r/min的條件混合1～5min后，混粉過程中保持粉末溫度不高于50℃，得到選擇性激光燒結用碳納米管/木塑復合粉；所述熱熔膠顆粒的粒徑為50～70μm。

本發明優點：

本發明通過添加碳納米管這種高導熱材料，可以有效加速了激光和粉末之間的熱傳導，使粉末融化程度明顯提升，改變了木塑復合材料的選擇性激光燒結機理，從而改善了燒結試件易斷裂，強度不夠等問題，采用選擇性激光燒結用碳納米管/木塑復合粉制備的試件拉伸強度、彎曲強度和彈性模量分別提高了76％、227％和129％，拓寬了木塑復合材料3D打印制品的應用范圍。

說明書附圖

圖1為實施例一得到的選擇性激光燒結用碳納米管/木塑復合粉進行激光燒結前的示意圖；其中1為熱熔膠顆粒，2為碳納米管，3為干松木粉；

圖2為實施例一得到的選擇性激光燒結用碳納米管/木塑復合粉進行激光燒結后的示意圖；其中4為燒結頸。

具體實施方式