[发明专利]选择性激光烧结聚丙烯粉末材料的制备及应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及选择性激光烧结聚丙烯粉末材料的制备及应用方法。

背景技术

选择性激光烧结是快速制造技术的重要分支，它是基于离散、堆积成形的思想，采用激光有选择地扫描烧结粉末材料，分层制造、逐层叠加，形成实体模型。与传统的去除成形、拼合成形及受迫成形等加工方法不同，它是利用材料累加法来加工制造高分子材料、陶瓷、金属及各种复合材料的模型和功能零件，因而不受成形件复杂度的影响。高分子材料与陶瓷及金属材料相比，具有成形温度低、烧结激光功率小、精度高等优点，成为目前应用最广泛的SLS材料。

作为SLS材料之一的热塑性高分子粉末材料，在烧结过程中由于发生由熔融再结晶引起的分子链重排以及致密化而导致体积收缩，影响着成形过程和成形件尺寸。其中，非结晶性高分子材料SLS成形的收缩率较低，工艺过程容易控制，成形精度高，国内外开发使用的高分子材料，如聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）等就是属于此类。但是这类材料的烧结件密度较低，得到的成形件力学性能也不高，通常需要经过后处理才可用作精密铸造的熔模和对力学性能要求不高的功能零件。

结晶性材料在SLS过程中不仅存在类似非结晶性材料的致密化体积收缩，而且由熔融再结晶引起的体积变化占体积收缩的重要部分。因此，收缩引起的翘曲变形很大，工艺过程不易控制，研究开发难度大。目前，用于SLS的结晶性高分子材料主要有尼龙（PA）、聚乙烯（PE）、蜡等。目前亟需提供一种烧结性能优良的材料，且其SLS成型件具有较高的力学性能及尺寸精度。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种选择性激光烧结聚丙烯粉末材料的制备及应用方法，制得的聚丙烯粉末材料具有优良的烧结性能，其制得的SLS成形件具有较高的力学性能及尺寸精度。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种选择性激光烧结聚丙烯粉末材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、用深冷粉碎的方法得到聚丙烯粉末：首先将PP粒料在液氮中低温冷冻至其脆化温度-35℃以下使之实现脆化易粉碎状态，再将冷冻好的聚丙烯材料投入低温粉碎机腔体内，通过叶轮高速旋转将其进行粉碎加工；

步骤二、将步骤一得到的聚丙烯粉末由气流筛分机进行分级并收集，选择粒度在200-800目范围内的聚丙烯粉末，将没有达到细度要求的粗大物料返回料仓继续粉碎；

步骤（3）在步骤二得到的聚丙烯粉末中添加一定比例的石墨粉、抗氧化剂和金属皂盐，一起放入高速混合机中混合均匀；

步骤（3）中各原料的重量份为：

聚丙烯粉末     100份

石墨粉           0.1-1份     

抗氧化剂        0.01-0.5份   

金属皂盐        0.5-5份     

其中，所述石墨粉的粒径为1000 - 5000目；所述抗氧化剂为酚类与亚磷酸脂类或硫酯类按质量比1：1组成的复合抗氧剂。

聚丙烯（Polypropylene, PP）是由丙烯单体聚合而制得一种结晶性热塑性高分子材料，结晶度高，结构规整，因而具有优良的力学性能，能抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。广泛应用于机械、化工、电力及运输等领域，是最常见的高分子材料之一。

所述石墨粉的粒径为1000 - 5000目，选取此粒径范围内的粉末主要是为了分散性考虑，粒度过大则颗粒的数量相对较少，不利于对激光的吸收，粒度过细则容易产生团聚，不易分散，也影响吸收。

由于聚丙烯（PP）主要制备功能零件，石墨粉、金属皂盐还可以作为颗粒增强相提高制件的力学性能。本发明中使用的复合抗氧剂的抗热氧老化的效果较好，因此添加量可以适当减少以避免渗出表面影响性能。

聚丙烯是不耐热氧老化的高分子之一，无抗氧剂存在时，其室温安全寿命仅为一年左右，但加入一定量的抗氧剂后可使其寿命大大延长，特别是在SLS成形后，未被烧结的粉末的可重复利用性增加。未改性的PS、SAN等属于比较稳定的高聚物，过量的抗氧化剂会对高分子的熔融粘度及材料的机械性能造成影响，而且控制不好还容易在制件表面成雾起霜。

优选地，所述步骤（3）中，各原料的重量份为：

聚丙烯粉末     100份

石墨粉           0.5-1份 

抗氧化剂        0.01-0.3份

金属皂盐        2.1-5份。