阅读说明：本技术 一种耐高温屏蔽材料的3d打印工艺 (3D printing process of high-temperature-resistant shielding material ) 是由 吴莹 潘小强 杨静 孙超 徐刚 刘羽 吕焕文 于 2020-07-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺,所述屏蔽材料为内层芯体包覆在外层材料内部的呈夹心结构的屏蔽体,工艺包括如下步骤：1)原材料预处理：将原材料干燥处理；2)丝材制备：共混挤出制备丝材,挤出温度为320℃-380℃；3)熔融沉积打印：丝材采用熔融沉积工艺进行3D打印成型,丝材打印温度为380℃-430℃,打印速度为35m/s-45m/s；打印喷嘴直径为0.3mm-0.5mm,打印工作台温度为70℃-90℃；4)热处理：打印后在温度200℃-350℃环境下,热处理2h-3h。本发明的3D打印工艺,能够实现传统挤出、注塑等高分子材料成型工艺无法实现的夹心体结构的成型,可以制备出均匀性、力学性能、热性能优异的屏蔽材料。(The invention discloses a 3D printing process of a high-temperature-resistant shielding material, wherein the shielding material is a shielding body with a sandwich structure, and an inner-layer core body of the shielding body is coated in an outer-layer material, and the process comprises the following steps: 1) pretreatment of raw materials: drying the raw material; 2) preparing wires: blending and extruding to prepare wires, wherein the extrusion temperature is 320-380 ℃; 3) fused deposition printing: 3D printing and forming wires by adopting a fused deposition process, wherein the printing temperature of the wires is 380-430 ℃, and the printing speed is 35-45 m/s; the diameter of the printing nozzle is 0.3mm-0.5mm, and the temperature of the printing workbench is 70-90 ℃; 4) and (3) heat treatment: after printing, heat treatment is carried out for 2h-3h at the temperature of 200 ℃ to 350 ℃. The 3D printing process can realize the molding of the sandwich structure which cannot be realized by the traditional polymer material molding process such as extrusion, injection molding and the like, and can prepare the shielding material with excellent uniformity, mechanical property and thermal property.)

一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺。

背景技术

为解决有机复合屏蔽材料耐温低的问题，现采用以尼龙(PA)或聚醚醚酮(PEEK)为基体，以钨和(或)碳化硼为γ射线、中子射线为屏蔽物质的复合屏蔽材料，例如专利CN109036605A公开了一种耐高温夹心结构复合屏蔽体，包括外层有机屏蔽材料和内层芯体材料，内层芯体材料包裹在外层有机屏蔽材料内呈夹心结构，该类屏蔽材料可在180℃～300℃环境条件下使用。但是现有以尼龙或聚醚醚酮等耐高温材料为基体的复合屏蔽材料通常是采用注塑成型或热压成型，通常只能成型普通的层状结构而难以成型夹心结构，而且制得屏蔽材料存在热稳定性、耐辐照、韧性、耐冲击等性能不佳的情况。

发明内容

本发明为了解决现有技术中屏蔽材料采用注塑成型或热压成型，通常只能成型普通的层状结构而难以成型夹心结构，提供了一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺，能够实现复杂结构屏蔽体的成型，可以制备出均匀性、力学性能、热性能优异的屏蔽材料，同时还可以实现屏蔽体不同组分梯度材料的连续成型。

本发明通过下述技术方案实现：

一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺，所述屏蔽材料为内层芯体包覆在外层材料内部的呈夹心结构的屏蔽体，屏蔽体的3D打印工艺包括如下步骤：1)原材料预处理：将原材料干燥处理；2)丝材制备：将外层材料的原材料和内层芯体的原材料分别共混挤出制备丝材，挤出温度为320℃-380℃；3)熔融沉积打印：将步骤2)制得的丝材采用熔融沉积工艺进行3D打印成型，丝材打印温度为380℃-430℃，打印速度为35m/s-45m/s；打印喷嘴直径为0.3mm-0.5mm，打印工作台温度为70℃-90℃；4)热处理：对打印成型后的屏蔽材料在温度200℃-350℃环境下，热处理2h-3h。

本发明的屏蔽材料的3D打印工艺，能够实现传统挤出、注塑等高分子材料成型工艺无法实现的夹心体结构的成型，可以制备出均匀性、力学性能、热性能优异的屏蔽材料，同时还可以实现屏蔽体不同组分梯度材料的连续成型。

进一步的，屏蔽材料包含基材材料30-70份，射线屏蔽材料5-70份。

进一步的，基材材料为聚醚醚酮、尼龙或聚酰亚胺，射线屏蔽材料为钨粉和/或碳化硼粉或氮化硼粉。

进一步的，射线屏蔽材料为5-70份的钨粉，或者5-30份的碳化硼粉或氮化硼粉，或者5-60份的钨粉+1-10份的碳化硼粉或氮化硼粉；单独钨粉可以作为γ射线屏蔽材料，单独碳化硼粉或氮化硼粉可以作为中子射线屏蔽材料，钨粉+碳化硼粉或氮化硼粉则可以作为综合场射线屏蔽材料。

进一步的，原材料为粒径≤2μm的粉末。

进一步的，钨粉粒径为50nm，碳化硼或氮化硼粉的粒径为1μm。

进一步的，原材料在70℃-100℃温度条件下干燥处理4-6h。

进一步的，步骤3)中外层材料丝材和内层芯体丝材填充重叠率为5％-20％，外层材料丝材和内层芯体丝材的填充路径方向呈90°。

进一步的，打印喷嘴处具有冷却结构，所述冷却结构为水冷，能够避免喷嘴长期受热使得原材料碳化。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺，能够实现传统挤出、注塑等高分子材料成型工艺无法实现的复杂结构如夹心体结构等的成型，同时还可以实现屏蔽体不同组分梯度材料的连续成型。

2、本发明一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺，可以制备出均匀性、力学性能、热性能优异的屏蔽材料；

3、本发明一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺，材料成分可调整，成型精度高，材料耐温高，耐辐照性能好。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺，材料的成分包括聚醚醚酮70％和碳化硼30％，碳化硼粉粒径围1μm，将聚醚醚酮原材料80℃干燥5h；采用共混挤出的方式制备丝材，挤出温度360℃；丝材打印温度为425℃，打印速度40m/s；打印喷嘴直径0.4mm，喷嘴处采用水冷；打印工作台温度80℃，丝材填充重叠率18％，层间丝材填充路径方向呈90°；打印成型后热处理温度300℃，时间3h，制得屏蔽材料。

测量屏蔽材料的力学性能及热稳定性：室温拉伸强度50MPa，断裂伸长率50％，180℃时拉伸强度16MPa；室温弯曲强度80MPa，室温冲击强度10KJ/m²，热变形温度(0.45MPa)308℃。

实施例2

一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺，材料的成分包括聚醚醚酮30％和钨70％，钨粉粒径50nm，将聚醚醚酮原材料85℃干燥4.5h；采用共混挤出的方式制备丝材，挤出温度380℃；丝材打印温度为415℃，打印速度40m/s；打印喷嘴直径0.4mm，喷嘴处采用水冷；打印工作台温度80℃，丝材填充重叠率15％，层间丝材填充路径方向呈90°；打印后热处理温度350℃，时间2h，制得屏蔽材料。

测量屏蔽材料的力学性能及热稳定性：室温拉伸强度50MPa，断裂伸长率35％，180℃时拉伸强度16MPa；室温弯曲强度80MPa，室温冲击强度16KJ/m²，热变形温度(0.45MPa)300℃。

实施例3

一种耐高温屏蔽材料的3D打印工艺，材料的成分包括尼龙45％、钨粉50％和碳化硼粉或氮化硼粉5％，碳化硼粉粒径1μm，钨粉粒径50nm，将尼龙原材料70℃干燥5.5h；采用共混挤出的方式制备丝材，挤出温度350℃；丝材打印温度为380℃，打印速度40m/s；打印喷嘴直径0.4mm，喷嘴处采用水冷；打印工作台温度80℃，丝材填充重叠率18％，层间丝材填充路径方向呈90°；打印后热处理温度200℃，时间2h，制得屏蔽材料。

测量屏蔽材料的力学性能及热稳定性：室温拉伸强度27MPa，断裂伸长率18％，180℃时拉伸强度10MPa；室温弯曲强度42MPa，室温冲击强度10KJ/m²，热变形温度(0.45MPa)234℃。

表1各实施例力学性能和热力学性能测试对比表

从表1中从实施例1-3的性能测试结果可以看出，本发明工艺制备的屏蔽材料拉伸、弯曲强度高，抗冲击能力强，具有优良的力学性能，同时耐高温，热力学性能稳定性好。

本发明采用共混挤出工艺制备丝材，采用熔融沉积工艺3D打印制备耐高温屏蔽材料，通过对工艺过程中：原材料预处理，丝材制备温度、打印温度、速度、工作台温度、喷头直径、冷却方式、丝材重叠率、丝材填充方向、热处理等参数的控制，制备的材料具有耐温高，耐辐照性能好，力学性能好、成型复杂形状结构屏蔽体等特点，同时本工艺能够对材料成分进行调整，并可实现不同成分梯度材料的成型。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。