[发明专利]一种选择性激光烧结用碳纤维增强尼龙复合微粉的制备方法

说明书

本发明公开一种选择性激光烧结用碳纤维增强尼龙复合微粉的制备方法。该方法先将碳纤维粉进行表面预处理，同尼龙粒料一起加入含有分散剂的聚合物良溶剂中,经加热搅拌使聚合物充分溶解后，加入尼龙的不良溶剂使得尼龙以碳纤维为晶核逐渐结晶包覆在碳纤维表面，然后经过抽滤、干燥，筛分、加入其他助剂获得适用于选择性激光烧结用碳纤维增强尼龙复合粉末。与现有技术相比本发明无需高温高压设备，工艺简便、经济有效、环境友好、容易实施。所制备的材料烧结性能优良，材料中碳纤维含量可控，所得SLS成型件相较于基体树脂材料的SLS成型件在力学性能方面有较大提升。

技术领域

本发明涉及选择性激光烧结材料的技术领域。更具体地，涉及一种选择性激光烧结用碳纤维增强尼龙复合微粉的制备方法。

背景技术

选择性激光烧结(SLS)是3D打印-增材制造的一种重要技术。利用计算机控制红外激光束，以一定的速度和能量密度对固体粉末分层扫描烧结，层层堆积，最后形成成形件。材料性能是SLS技术发展的关键环节，它直接影响烧结试样的成形速度、精度和物理、化学性能。以尼龙12为代表的聚合物粉末及其改性材料具有吸水率低、熔点低、密度低、收缩率低、耐热、易成型等优点，是目前选择性激光烧结技术广泛使用的一类重要源料。但该类材料强度和刚性较低，通过SLS技术所成型产品不能满足某些成型件机械性能测试要求或者直接作为最终产品使用的性能需求。通过改性、复合等手段制备尼龙复合粉末，可以烧结得到尼龙复合材料的烧结件。这些复合材料烧结件可以改变原有纯尼龙烧结件的性能，从而可以满足不同场合、用途对塑料功能件性能的需求，扩展其应用领域。

碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高导热、低热膨胀、耐化学辐射和良好的生物相容性等特性。此外，还具有纤维特有的柔曲性和可编性，它的比强度和比模量均优于其他无机纤维。因此，主要用作树脂、碳、金属、陶瓷、水泥基复合材料的增强体。经过碳纤维增强的聚酰胺(尼龙)材料，机械强度、尺寸稳定性和耐热性等均有显著的提高，并且具有更加良好的耐摩擦性和耐磨耗性，属于自润滑材料，可以制成轴承、齿轮等摩擦件。

制备选择性激光烧结用复合粉末最常用的是机械混合法。顾名思义，就是指将需要混合的两种或多种不同组分的粉末进行机械的混合，如在高速混合机中或在球磨机中混合，如专利CN 103951971A中所述方法。机械混合过程中由于两种或多种不同性质的粉末相对独立存在，其密度不同，形态不同，很容易产生成分偏聚现象，从而导致最终成形的零件中的成分不均匀，从而进一步影响到零件的各方面性能。本发明采用溶剂沉淀法来制备碳纤维增强的尼龙粉末，通过尼龙基体材料溶解-沉淀过程，使尼龙以碳纤维为晶核逐渐结晶包覆在碳纤维表面，实现两种不同组分的相互结合。所得复合粉末的分散均匀程度远大于机械混合粉末，SLS成型件力学性能也有很大提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种选择性激光烧结用碳纤维增强尼龙复合微粉的制备方法，该方法采用溶剂沉淀法来制备碳纤维增强的尼龙粉末，通过尼龙基体材料溶解-沉淀过程，使尼龙以碳纤维为晶核逐渐结晶包覆在碳纤维表面，实现两种不同组分的相互结合。所得复合粉末的分散均匀程度远大于机械混合粉末，SLS成型件力学性能也有很大提升。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种选择性激光烧结用碳纤维增强尼龙复合微粉的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将碳纤维粉进行化学氧化预处理或偶联接枝预处理；

(2)将经过预处理的碳纤维粉、尼龙粒料和分散剂加入尼龙粒料的良溶剂中，搅拌加热至一定温度使尼龙和分散剂全部溶解；

(3)向步骤(2)的混合液中加入尼龙粒料的不良溶剂，搅拌，使尼龙以碳纤维粉为晶核析出沉淀物，并将沉淀物干燥、筛分，得到碳纤维-尼龙微米颗粒；

(4)将步骤(3)所得碳纤维-尼龙微米颗粒与流动助剂和抗氧剂混和，得到选择性激光烧结用碳纤维增强尼龙复合微粉。