[发明专利]尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末及其制备方法和在选择性激光烧结技术中的应用

说明书

本发明公开了一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末及其制备方法和在选择性激光烧结技术中的应用，该制备方法包括将尼龙粉末、石墨烯粉末通过双液相混合的方法制备得到尼龙/石墨烯复合粉末，再将该尼龙/石墨烯复合粉末与碳纤维、流动助剂、抗氧剂通过机械混合得到尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末。本发明提供了一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，以该方法制备的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末为原料，经选择性激光烧结技术获得的激光烧结件具有良好的导电、导热性，兼具优异的机械性能。

技术领域

本发明涉及选择性激光烧结领域，具体涉及一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末及其制备方法和在选择性激光烧结技术中的应用。

背景技术

选择性激光烧结技术(SLS)又称为选区激光烧结，出现于上世纪80年代，是一种基于增材制造的3D打印技术。它的原理是预先在工作台上铺一层粉末材料(金属粉末或非金属粉末)，激光在计算机控制下，按照界面轮廓信息，对实心部分粉末进行烧结，然后不断循环，层层堆积成型。该技术要求粉末材料的粒径分布均一、流动性较好，这样有利于粉床铺粉。该类成型方法有着制造工艺简单，柔性度高、材料选择范围广、材料利用率高，成型速度快等特点，针对以上特点SLS法主要应用于铸造业，并且可以用来直接制作快速模具等。

此外，SLS工艺最大的优点在于选材较为广泛，如尼龙、蜡、ABS、树脂裹覆砂(覆膜砂)、聚碳酸脂(poly carbonates)、金属和陶瓷粉末等都可以作为烧结对象。粉床上未被烧结部分成为烧结部分的支撑结构，因而无需考虑支撑系统(硬件和软件)。

尼龙材料是一种半结晶聚合物，具有良好的烧结性能及较低的熔融粘度，能通过SLS工艺直接成型致密度较高、力学性能较好的功能零件，成为目前应用最为广泛的SLS成型材料之一。但通过SLS技术成型的产品强度和刚性较低，不能满足某些成型件机械性能测试要求或直接作为最终产品使用的性能需求。

目前已经出现了多种增强SLS打印件力学性能的方法，如利用玻璃纤维、矿物纤维对尼龙材料进行增强，但由于玻璃纤维和矿物纤维本身的力学性能和表面形貌问题，使得增强效果都不是特别理想，不能很好的满足某些SLS成型件的应用需求。碳纤维具有质轻、强度高、耐磨损等特点，经碳纤维增强的树脂材料，其SLS成型件相较于基体树脂材料的SLS成型件在强度和模量上有较大提升。如公开号为CN 103951971 A的中国专利文献中公开了一种用于选择性激光烧结的碳纤维增强树脂粉末材料，该粉末材料包括树脂粉末、碳纤维、抗氧剂、流动助剂和分散剂。并进一步限定了树脂粉末可以是尼龙或聚丙烯。以该碳纤维增强树脂粉末材料经SLS工艺得到的成型件具有较高的强度和模量，但导电导热性较差，限制了通过SLS工艺得到的成型件在导电导热方面的应用。

发明内容

本发明提供了一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，以该方法制备的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末为原料，经选择性激光烧结技术获得的激光烧结件具有良好的导电、导热性，兼具优异的机械性能。

具体技术方案如下：

一种尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末的制备方法，步骤如下：

(1)将石墨烯、表面活性剂与有机溶剂A混合，得到改性石墨烯分散液；

(2)将尼龙、可选择性加入的防粘剂与有机溶剂B混合，得到混合液；

(3)将所述混合液、所述改性石墨烯分散液与硅烷偶联剂混合后置于高压反应釜中，加热反应后解压、降温至室温，再经后处理得到尼龙/石墨烯复合粉末；

(4)将步骤(3)制备的尼龙/石墨烯复合粉末、碳纤维、流动助剂和抗氧剂搅拌均匀后得到所述的尼龙/石墨烯/碳纤维复合粉末。

步骤(1)中：

作为优选，所述的石墨烯为粉末状，片径小于100μm，选自纯石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、有机改性石墨烯中的至少一种。