[发明专利]窄粒径分布的尼龙粉末及其制备和在3D打印中的应用

说明书

本发明提供一种窄粒径分布的尼龙粉末及其制备和在3D打印中的应用，制备得到粒径分布更窄，平均粒径更低，同时具有相对高的堆密度的尼龙粉末。所述窄粒径分布的尼龙粉末的制备方法，包括如下步骤：1)将尼龙树脂溶解于醇类溶剂中，所得溶液以30‑50℃/h的降温速率降温至110‑115℃，并在该温度下搅拌，沉淀析出；2)将所得结晶体系升温至125‑130℃，并在该温度下搅拌5‑30min；之后再降温至110‑115℃，并在该温度下搅拌5‑30min；该步骤2)进行1次以上；3)之后将结晶体系以30‑50℃/h的降温速率降温至75℃以下，经离心分离并干燥，获得所述尼龙粉末。

技术领域

本发明涉及一种窄粒径分布的尼龙粉末及其制备方法，以及该尼龙粉末在3D打印中的应用。

背景技术

选择性激光烧结(3D打印)技术是目前增材制造领域应用最广泛的快速成型技术之一，它以数字模型文件为基础，以热塑性塑料等固体粉末为原料，通过逐层打印的方式来构建物体。相比传统的减材及等材制造加工技术，该方法不需要模具和原胚，大大缩短了产品的制作周期，能够有效提高效率并降低成本，因而广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

目前市场上3D打印技术中常用的聚合物材料通常有聚乳酸、ABS、尼龙以及热塑性聚氨酯弹性体(TPU)等，尼龙在其中的用量最大。尼龙12吸水率和成型收缩率较低，同时具有较宽的烧结窗口(熔融温度和结晶温度之差)，特别的尼龙12粉末的3D打印工件能够满足较高的机械性能，因而是现有SLS技术中应用最广泛的粉末材料。

在SLS打印过程中，高BET表面积的尼龙粉末更有利于吸收激光能量，其吸收激光能量变成熔融体后流动性更好，粉末颗粒间的粘结性更好，制件的层与层之间也能够更好的融合，因而制品具有更好的力学性能，特别是断裂伸长率会有明显的增长。但高BET表面积又会不可避免的降低尼龙粉末的堆密度，使得打印过程中粉末在铺粉时粉床上的粉末不够密实，粉末颗粒吸收激光能量融化时熔体间的空隙增大，结晶时层与层之间收缩率不同甚至可能存在缺陷，导致制件的机械性能降低甚至产生桔皮现象。基于目前已知的现有技术，尼龙粉末很难同时实现高堆密度和高BET表面积。例如CN1197082A所述的方法，尼龙树脂在压力下溶解于乙醇溶剂中，第一阶段降温至成核而不产生沉淀，第二阶段降温至过饱和直至粉末全部析出为止，基于此方法制备得到粒径(D₅₀)低于60μm的粉末，其堆积密度都不高于420g/L，且粒径分布宽度(D₉₀-D₁₀)均大于50μm。

因此，需要一种改进的尼龙粉末制备方法，该方法能够制备得到粒径分布相对窄，粒径(中位径)相对低，堆积密度相对更高的粉末。

发明内容

本发明提供一种窄粒径分布的尼龙粉末的制备方法，基于该方法能制备得到粒径分布窄，平均粒径低，同时具有相对高的堆密度的尼龙粉末。

本发明为达到其目的，提供如下技术方案：

本发明一方面提供一种窄粒径分布的尼龙粉末的制备方法，包括如下步骤：

1)将尼龙树脂溶解于醇类溶剂中，所得溶液以30-50℃/h的降温速率降温至110-115℃，并在该温度下搅拌，沉淀析出；具体的，搅拌至结晶体系无明显放热为止，使得尼龙粉末完全析出，可以使用温度计通过温度监测来判断，具体为根据结晶体系温度恒定无升温趋势(即体系温度不升高)，判断其已无明显放热，即热量已放出，此时沉淀完全析出；

2)将所得结晶体系以10-30例如15℃/h的升温速率升温至125-130℃，并在该温度下搅拌5-30min；之后再以10-30例如15℃/h的降温速率降温至110-115℃例如111-115℃，并在该温度下搅拌5-30min；该步骤2)进行1次以上，优选进行2次以上，更优选进行2-5次；

3)之后将结晶体系以30-50℃/h例如50℃/h的降温速率降温至75℃以下，经离心分离，使得大部分溶剂被去除，然后干燥，获得所述尼龙粉末。