[發明專利]一種適用于選區激光燒結工藝的改性聚乙烯蠟粉材料

在審

• 申請號: 202011021582.3
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112111124A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 王建宏;袁志明;白培康;賈潤禮;李頂
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C08L51/06
• 分類號: C08L51/06;C08L23/08;C08K7/26;C08K5/42;C08F255/02;C08F220/06;B33Y70/10
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 李毅

本發明涉及一種適用于選區激光燒結工藝的改性聚乙烯蠟粉材料，由100質量份改性聚乙烯蠟、8～10質量份POE彈性體粉末、1～2質量份表面活性劑和0.5～1.5質量份白炭黑組成，其中的改性聚乙烯蠟是以丙烯酸接枝改性的改性聚乙烯蠟。本發明制備改性聚乙烯蠟粉材料的流動性良好，力學性能優越，以其采用選區激光燒結工藝制備的成型件平整度良好，拉伸強度和抗壓強度都有明顯提升。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，涉及一種選區激光燒結工藝用粉末材料，特別是涉及一種選區激光燒結成型用蠟粉材料。

背景技術

3D打印是制造業領域迅猛發展的一項新技術，其以計算機三維設計軟件為基礎進行分層離散，通過特定的設備將粉末材料、液體、絲化的固體材料進行逐層堆積粘結，最終疊加成型出實體產品。

選區激光燒結(Selective Laser Sintering，SLS)是典型的3D打印技術之一，該方法制造工藝簡單，材料選擇范圍廣，成本較低，成型速度快，主要應用于快速熔模制造和快速模具制造。

聚苯乙烯(PS)是目前市場上廣泛使用的一種SLS基體材料，以PS粉燒結得到的模具成型精度高，成本低。但是，在實際使用過程中，以PS材料制作的模具無法通過傳統的水浴或水蒸氣進行脫模，只能采用高溫焙燒氣化脫模。而這種脫模方式在脫模過程中會產生大量有毒有害的黑煙，并且伴有臭味散發，對環境有比較嚴重的影響。同時，高溫焙燒還會在型殼內形成積炭等灰分殘留，引發型殼開裂，從而影響鑄件的質量。

蠟粉是另一傳統中廣泛使用的SLS基體材料，單一組分的蠟粉在激光燒結過程中存在翹曲變形大，制作的蠟模尺寸精度差等缺點，致使蠟粉材料無法在激光燒結快速成型領域體現出其的優良性能。

復合蠟粉作為新型的SLS材料之一，具有灰分少、易脫蠟、鑄造工藝與傳統熔模鑄造工藝更為接近等特點。但是，以聚乙烯蠟(PEW)為基體材料的復合蠟粉強度較低，流動性較差，影響其應用。

在SLS基體材料中摻入無機填料，可以增加基體材料的強度并提高其流動性。汪艷(選擇性激光燒結高分子材料及其制件性能研究[D]. 華中科技大學, 2005.)提出，無機填料可以提高SLS燒結件的力學性能，但無機填料與有機高分子的分子結構、物理形態及表面性質極不相同，兩種材料不能緊密結合在一起，直接影響復合材料的性能。

大多數無機填料的表面都具有親水的特性，同時也存在一定的極性，而PEW卻擁有相反的特性，是一種非極性材料，導致無機填料與PEW間的相容性和結合性較差，無機填料在PEW中的分散性差，對于復合材料的力學性能有較大的負面影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種流動性好、力學性能優越，無毒無害的適用于選區激光燒結工藝的改性聚乙烯蠟粉材料，以及該改性聚乙烯蠟粉材料的制備方法。

本發明所述的適用于選區激光燒結工藝的改性聚乙烯蠟粉材料是由100質量份改性聚乙烯蠟、8～10質量份POE彈性體粉末、1～2質量份表面活性劑和0.5～1.5質量份白炭黑混合組成的。

其中，所述的改性聚乙烯蠟是在過氧化物引發劑作用下，以丙烯酸對聚乙烯蠟進行接枝改性，得到的含有羧基的改性聚乙烯蠟。

本發明優選使用數均分子量為1500～2500的聚乙烯蠟。

所述的POE彈性體(聚烯烴彈性體)是指乙烯與高碳α-烯烴的無規共聚物彈性體。由于其具有一定的結晶度，相對分子質量分布較窄，并具有一定的流變性能、力學性能、低溫韌性，以及與聚烯烴具有較好的親和性等優點，得到了廣泛的應用。以一定量的POE彈性體與改性聚乙烯蠟混合得到的復合粉末，可以提高復合粉末熔體的流變性能，使激光燒結成型更為容易，從而增加燒結件的拉伸強度和抗壓強度。