一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法
阅读说明：本技术 一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法 (Preparation method of reinforcing material for selective laser sintering technology ) 是由 陈烜 彭鹏 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法,涉及3D打印领域,包括以下步骤：准备PA12尼龙粉末、类聚丙烯、金红石型二氧化钛、玻璃纤维、流动性改性剂、偶联剂、液态增塑剂、粉态增塑剂、玻璃微珠、PA6尼龙丝、二氧化硅、强度改性剂、成核剂；将PA12尼龙粉末和类聚丙烯混合；加入5～10份金红石型二氧化钛至反应釜；对混合的材料进行预热,对混合的材料进行高温搅拌；将流动性改性剂、玻璃纤维、偶联剂和液态增塑剂单独混合；将粉态增塑剂、玻璃微珠、PA6尼龙丝、二氧化硅、强度改性剂单独混合；将混合固体和混合体倒入反应釜中。本发明制备出的增强材料,具有强度高、表面精度高和材料利用率高的好处。(The invention discloses a preparation method of a reinforcing material for a selective laser sintering technology, which relates to the field of 3D printing and comprises the following steps: preparing PA12 nylon powder, polypropylene, rutile titanium dioxide, glass fiber, a fluidity modifier, a coupling agent, a liquid plasticizer, a powder plasticizer, glass beads, PA6 nylon yarn, silicon dioxide, a strength modifier and a nucleating agent; mixing PA12 nylon powder and polypropylene; adding 5-10 parts of rutile titanium dioxide into a reaction kettle; preheating the mixed materials, and stirring the mixed materials at a high temperature; separately mixing a fluidity modifier, glass fibers, a coupling agent and a liquid plasticizer; separately mixing powdery plasticizer, glass beads, PA6 nylon yarn, silicon dioxide and strength modifier; and pouring the mixed solid and the mixture into a reaction kettle. The reinforced material prepared by the invention has the advantages of high strength, high surface precision and high material utilization rate.)
技术领域
本发明涉及3D打印领域，具体是涉及一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法。
背景技术
近年来，我国3D打印技术飞速发展，并逐步实现商品化，其性能达到国际水平。然而，我国的供给形势却并不乐观，成为制约3D打印产业发展的瓶颈。一方面因为快速发展的市场需求对3D打印材料提出了新的要求，如防腐、强度硬度、工艺技术水平等，另一方面因为目前国外材料比较贵，而目前我国绝大部分材料都依赖国外进口，价格较高，这就造成了3D打印产品成本较高，影响了其产业化的进程。研究性能优异且价格低廉的打印材料将成为促进3D打印技术发展的关键。
选择性激光烧结技术(SLS)是3D打印中最有发展潜力的技术，用增强材料作为SLS成型材料不仅可以提高烧结件的力学性能，而且可以提高烧结件的导热率，导电性，改善耐磨性，提高热变形温度等，这使得SLS技术可推广到更多的应用领域。本发明致力于SLS烧结复合材料的开发，以适用于当前国内的选择性激光烧结机，降低原型制件的生产成本，更可以打破国外打印材料的垄断状态，提高我国快速成型技术在世界上的竞争力。
市场上大多数用于选择性激光烧结技术的材料，存在表面光洁度和精度较差、材料利用率偏低、强度低等缺陷和不足。
为解决上述问题，有必要提供一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法。
发明内容
为解决上述技术问题，提供一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法，本技术方案解决了上述背景技术中提出的市场上大多数用于选择性激光烧结技术的材料，存在表面光洁度和精度较差、材料利用率偏低、强度低的问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：按质量分数进行配比：10～20份PA12尼龙粉末、10～20份类聚丙烯、5～10份金红石型二氧化钛、1～2份玻璃纤维、1～2份流动性改性剂、0.2～0.5份偶联剂、0.2～0.5份液态增塑剂、0.2～0.5份粉态增塑剂、1～3份玻璃微珠、5～10份PA6尼龙丝、3～6份二氧化硅、2～3份强度改性剂、1～2份成核剂；
S102：二次加工PA12尼龙粉末，控制PA12尼龙粉末粒径集中在20～60um，粒径为40um的粉末占比不低于90％；
S103：二次加工类聚丙烯，控制类聚丙烯粒径集中在粒径分布20～80um，粒径为60um的颗粒占比不低于80％；
S104：将二次加工后的10～20份PA12尼龙粉末和类聚丙烯混合，倒入反应釜中，间歇搅拌30min，搅拌转速为1200r/min；
S105：加入5～10份金红石型二氧化钛至反应釜，金红石型二氧化钛中的二氧化钛含量为93～95％，金红石型二氧化钛硬度为5.8～6.2，间歇搅拌20min，搅拌转速为1000r/min；
S106：对混合的材料进行预热，升温速度为10℃/min，升温至80℃，保持该温度10min，对混合的材料进行高温搅拌，温度控制在260～300℃，搅拌转速为800r/min，时间为20min；
S107：将1～2份流动性改性剂、1～2份玻璃纤维、0.2～0.5份偶联剂和0.2～0.5份液态增塑剂单独混合，玻璃纤维规格为长度200um、直径10um，混合后，静置并升温至100℃，得到混合固体；
S108：将0.2～0.5份粉态增塑剂、1～3份玻璃微珠、5～10份PA6尼龙丝、3～6份二氧化硅、2～3份强度改性剂单独混合，其中，玻璃微珠的粒径为20～80um，PA6尼龙丝的直径为0.05mm，二氧化硅的粒径分布为20～80um，分布在60um的占比不低于85％，混合后，升温至200℃，升温速度为10℃/min，保持该温度20分钟，得到融合的混合体；
S109：将S107中的混合固体和S108中的混合体倒入反应釜中，升温至500℃，间歇搅拌20min，搅拌转速为1000r/min，并通入纯氧，发生氧化反应，反应时间1h，得到增强材料混合体。
优选的，所述S101中的偶联剂的制备方法为：
S201：按质量分数进行配比：1～2份氨基、2～3份巯基、1～2份乙烯基、2～4份环氧基、5～6份氰基、2～5份甲基丙烯酰氧基、1～4份甲氧基和1～2份乙氧基；
S202：配比完成，将上述材料混合，在水溶液中进行反应，温度控制为40℃，反应时间为1h；
S203：蒸发，得到偶联剂。
优选的，所述S101中的强度改性剂的制备方法为：按质量分数进行配比：2～3份类聚丙烯、1～2份增韧剂、1～4份二氧化硅和2～5份金红石型米级二氧化钛，二氧化硅粒径为100nm，类聚丙烯粒径为40～60um，配比完成，混合加热至100℃，得到强度改性剂。
优选的，所述S101中的流动性改性剂的制备方法为：按质量分数进行配比：2～5份类聚丙烯、1～3份玻璃纤维和2～4份金红石型二氧化钛，类聚丙烯粒径为50～70um，配比完成，混合加热至120℃，得到强度改性剂。
优选的，所述增韧剂的制备方法为：
S301：按质量分数进行配比：1～2份聚硫橡胶、2～3份液体硅橡胶、1～4份聚醚、2～5份聚砜、3～5份聚酰亚胺、5～7份纳米碳酸钙、1～3份纳米二氧化钛和1～2份CaCO3，CaCO3粒径为100nm；
S302：加热至110-120℃进行混合，混合1h；
S303：干燥，得到增韧剂。
优选的，所述S101中的成核剂的制备方法为：按质量分数进行配比：2～3份滑石粉、3～4份碳酸钙、4～5份二氧化硅、1～2份明矾、1～3份二氧化钛、3～6份氧化钙、1～2份氧化镁、2～3份炭黑和1～3份云母，混合静置，得到成核剂。
与现有技术相比，本发明提供了一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法，具备以下有益效果：
该增强材料性能优于市面上大多数材料，具有一定的先进性，很大程度上解决了选择性激光烧结技术技术存在的材料可用种类偏少、表面光洁度和精度较差、材料利用率偏低等缺陷和不足，该种3D打印材料具有以下好处：
1、强度高：加入合适比例的强度改性剂，能增强材料的屈服强度、拉伸强度、冲击强度等多种物理性能；
2、表面精度高：加入合适的流动性改性剂，降低材料在激光烧结时融化后的粘度，促进熔融后的尼龙流动性，从而提高制品的表面精度；
3、材料利用率高：使用时增强材料在总混合料中比例降低，材料的利用率得到提高，能有效降低成本。
附图说明
图1为本发明的增强材料的制备方法流程示意图；
图2为本发明的偶联剂的制备方法流程示意图；
图3为本发明的增韧剂的制备方法流程示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
参照图1-3所示，一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：按质量分数进行配比：10份PA12尼龙粉末、10份类聚丙烯、5份金红石型二氧化钛、1份玻璃纤维、1份流动性改性剂、0.2份偶联剂、0.2份液态增塑剂、0.2份粉态增塑剂、1份玻璃微珠、5份PA6尼龙丝、3份二氧化硅、2份强度改性剂、1份成核剂；
S102：二次加工PA12尼龙粉末，控制PA12尼龙粉末粒径集中在20～60um，粒径为40um的粉末占比不低于90％；
S103：二次加工类聚丙烯，控制类聚丙烯粒径集中在粒径分布20～80um，粒径为60um的颗粒占比不低于80％；
S104：将二次加工后的10份PA12尼龙粉末和类聚丙烯混合，倒入反应釜中，间歇搅拌30min，搅拌转速为1200r/min；
S105：加入5份金红石型二氧化钛至反应釜，金红石型二氧化钛中的二氧化钛含量为93～95％，金红石型二氧化钛硬度为5.8～6.2，间歇搅拌20min，搅拌转速为1000r/min；
S106：对混合的材料进行预热，升温速度为10℃/min，升温至80℃，保持该温度10min，对混合的材料进行高温搅拌，温度控制在260～300℃，搅拌转速为800r/min，时间为20min；
S107：将1份流动性改性剂、1份玻璃纤维、0.2份偶联剂和0.2份液态增塑剂单独混合，玻璃纤维规格为长度200um、直径10um，混合后，静置并升温至100℃，得到混合固体；
S108：将0.2份粉态增塑剂、1份玻璃微珠、5份PA6尼龙丝、3份二氧化硅、2份强度改性剂单独混合，其中，玻璃微珠的粒径为20～80um，PA6尼龙丝的直径为0.05mm，二氧化硅的粒径分布为20～80um，分布在60um的占比不低于85％，混合后，升温至200℃，升温速度为10℃/min，保持该温度20分钟，得到融合的混合体；
S109：将S107中的混合固体和S108中的混合体倒入反应釜中，升温至500℃，间歇搅拌20min，搅拌转速为1000r/min，并通入纯氧，发生氧化反应，反应时间1h，得到增强材料混合体。
其中，S101中的偶联剂的制备方法为：
S201：按质量分数进行配比：1份氨基、2份巯基、1份乙烯基、2份环氧基、5份氰基、2份甲基丙烯酰氧基、1份甲氧基和1份乙氧基；
S202：配比完成，将上述材料混合，在水溶液中进行反应，温度控制为40℃，反应时间为1h；
S203：蒸发，得到偶联剂。
其中，S101中的强度改性剂的制备方法为：按质量分数进行配比：2份类聚丙烯、1份增韧剂、1份二氧化硅和2份金红石型米级二氧化钛，二氧化硅粒径为100nm，类聚丙烯粒径为40～60um，配比完成，混合加热至100℃，得到强度改性剂。
其中，S101中的流动性改性剂的制备方法为：按质量分数进行配比：2份类聚丙烯、1份玻璃纤维和2份金红石型二氧化钛，类聚丙烯粒径为50～70um，配比完成，混合加热至120℃，得到强度改性剂。
其中，增韧剂的制备方法为：
S301：按质量分数进行配比：1份聚硫橡胶、2份液体硅橡胶、1份聚醚、2份聚砜、3份聚酰亚胺、5份纳米碳酸钙、1份纳米二氧化钛和1份CaCO3，CaCO3粒径为100nm；
S302：加热至110-120℃进行混合，混合1h；
S303：干燥，得到增韧剂。
其中，S101中的成核剂的制备方法为：按质量分数进行配比：2份滑石粉、3份碳酸钙、4份二氧化硅、1份明矾、1份二氧化钛、3份氧化钙、1份氧化镁、2份炭黑和1份云母，混合静置，得到成核剂。
增强材料参数：
延展率(拉伸)
延展率(断裂)
弯曲模量
弹性模量
2.8％
5.9％
2078-2122MPa
2270-2550MPa
实施例2
参照图1-3所示，一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：按质量分数进行配比：15份PA12尼龙粉末、15份类聚丙烯、7.5份金红石型二氧化钛、1.5份玻璃纤维、1.5份流动性改性剂、0.4份偶联剂、0.4份液态增塑剂、0.4份粉态增塑剂、2份玻璃微珠、7.5份PA6尼龙丝、4.5份二氧化硅、2.5份强度改性剂、1.5份成核剂；
S102：二次加工PA12尼龙粉末，控制PA12尼龙粉末粒径集中在20～60um，粒径为40um的粉末占比不低于90％；
S103：二次加工类聚丙烯，控制类聚丙烯粒径集中在粒径分布20～80um，粒径为60um的颗粒占比不低于80％；
S104：将二次加工后的15份PA12尼龙粉末和类聚丙烯混合，倒入反应釜中，间歇搅拌30min，搅拌转速为1200r/min；
S105：加入7.5份金红石型二氧化钛至反应釜，金红石型二氧化钛中的二氧化钛含量为93～95％，金红石型二氧化钛硬度为5.8～6.2，间歇搅拌20min，搅拌转速为1000r/min；
S106：对混合的材料进行预热，升温速度为10℃/min，升温至80℃，保持该温度10min，对混合的材料进行高温搅拌，温度控制在260～300℃，搅拌转速为800r/min，时间为20min；
S107：将1.5份流动性改性剂、1.5份玻璃纤维、0.4份偶联剂和0.4份液态增塑剂单独混合，玻璃纤维规格为长度200um、直径10um，混合后，静置并升温至100℃，得到混合固体；
S108：将0.4份粉态增塑剂、2份玻璃微珠、7.5份PA6尼龙丝、4.5份二氧化硅、2.5份强度改性剂单独混合，其中，玻璃微珠的粒径为20～80um，PA6尼龙丝的直径为0.05mm，二氧化硅的粒径分布为20～80um，分布在60um的占比不低于85％，混合后，升温至200℃，升温速度为10℃/min，保持该温度20分钟，得到融合的混合体；
S109：将S107中的混合固体和S108中的混合体倒入反应釜中，升温至500℃，间歇搅拌20min，搅拌转速为1000r/min，并通入纯氧，发生氧化反应，反应时间1h，得到增强材料混合体。
其中，S101中的偶联剂的制备方法为：
S201：按质量分数进行配比：1.5份氨基、2.5份巯基、1.5份乙烯基、3份环氧基、5.5份氰基、3.5份甲基丙烯酰氧基、3份甲氧基和1.5份乙氧基；
S202：配比完成，将上述材料混合，在水溶液中进行反应，温度控制为40℃，反应时间为1h；
S203：蒸发，得到偶联剂。
其中，S101中的强度改性剂的制备方法为：按质量分数进行配比：2.5份类聚丙烯、1.5份增韧剂、3份二氧化硅和4份金红石型米级二氧化钛，二氧化硅粒径为100nm，类聚丙烯粒径为40～60um，配比完成，混合加热至100℃，得到强度改性剂。
其中，S101中的流动性改性剂的制备方法为：按质量分数进行配比：3.5份类聚丙烯、2份玻璃纤维和3份金红石型二氧化钛，类聚丙烯粒径为50～70um，配比完成，混合加热至120℃，得到强度改性剂。
其中，增韧剂的制备方法为：
S301：按质量分数进行配比：1.5份聚硫橡胶、2.5份液体硅橡胶、2.5份聚醚、3份聚砜、4份聚酰亚胺、6份纳米碳酸钙、2份纳米二氧化钛和1.5份CaCO3，CaCO3粒径为100nm；
S302：加热至110-120℃进行混合，混合1h；
S303：干燥，得到增韧剂。
其中，S101中的成核剂的制备方法为：按质量分数进行配比：2.5份滑石粉、3.5份碳酸钙、4.5份二氧化硅、1.5份明矾、2份二氧化钛、4份氧化钙、1.5份氧化镁、2.5份炭黑和2份云母，混合静置，得到成核剂。
增强材料参数：
延展率(拉伸)
延展率(断裂)
弯曲模量
弹性模量
3％
6％
2178-2222MPa
2370-2650MPa
实施例3
参照图1-3所示，一种用于选择性激光烧结技术的增强材料的制备方法，包括以下步骤：
S101：按质量分数进行配比：20份PA12尼龙粉末、20份类聚丙烯、10份金红石型二氧化钛、2份玻璃纤维、2份流动性改性剂、0.5份偶联剂、0.5份液态增塑剂、0.5份粉态增塑剂、3份玻璃微珠、10份PA6尼龙丝、6份二氧化硅、3份强度改性剂、2份成核剂；
S102：二次加工PA12尼龙粉末，控制PA12尼龙粉末粒径集中在20～60um，粒径为40um的粉末占比不低于90％；
S103：二次加工类聚丙烯，控制类聚丙烯粒径集中在粒径分布20～80um，粒径为60um的颗粒占比不低于80％；
S104：将二次加工后的20份PA12尼龙粉末和类聚丙烯混合，倒入反应釜中，间歇搅拌30min，搅拌转速为1200r/min；
S105：加入10份金红石型二氧化钛至反应釜，金红石型二氧化钛中的二氧化钛含量为93～95％，金红石型二氧化钛硬度为5.8～6.2，间歇搅拌20min，搅拌转速为1000r/min；
S106：对混合的材料进行预热，升温速度为10℃/min，升温至80℃，保持该温度10min，对混合的材料进行高温搅拌，温度控制在260～300℃，搅拌转速为800r/min，时间为20min；
S107：将2份流动性改性剂、2份玻璃纤维、0.5份偶联剂和0.5份液态增塑剂单独混合，玻璃纤维规格为长度200um、直径10um，混合后，静置并升温至100℃，得到混合固体；
S108：将0.5份粉态增塑剂、3份玻璃微珠、10份PA6尼龙丝、6份二氧化硅、3份强度改性剂单独混合，其中，玻璃微珠的粒径为20～80um，PA6尼龙丝的直径为0.05mm，二氧化硅的粒径分布为20～80um，分布在60um的占比不低于85％，混合后，升温至200℃，升温速度为10℃/min，保持该温度20分钟，得到融合的混合体；
S109：将S107中的混合固体和S108中的混合体倒入反应釜中，升温至500℃，间歇搅拌20min，搅拌转速为1000r/min，并通入纯氧，发生氧化反应，反应时间1h，得到增强材料混合体。
其中，S101中的偶联剂的制备方法为：
S201：按质量分数进行配比：2份氨基、3份巯基、2份乙烯基、4份环氧基、6份氰基、5份甲基丙烯酰氧基、4份甲氧基和2份乙氧基；
S202：配比完成，将上述材料混合，在水溶液中进行反应，温度控制为40℃，反应时间为1h；
S203：蒸发，得到偶联剂。
其中，S101中的强度改性剂的制备方法为：按质量分数进行配比：3份类聚丙烯、2份增韧剂、4份二氧化硅和5份金红石型米级二氧化钛，二氧化硅粒径为100nm，类聚丙烯粒径为40～60um，配比完成，混合加热至100℃，得到强度改性剂。
其中，S101中的流动性改性剂的制备方法为：按质量分数进行配比：5份类聚丙烯、3份玻璃纤维和4份金红石型二氧化钛，类聚丙烯粒径为50～70um，配比完成，混合加热至120℃，得到强度改性剂。
其中，增韧剂的制备方法为：
S301：按质量分数进行配比：2份聚硫橡胶、3份液体硅橡胶、4份聚醚、5份聚砜、5份聚酰亚胺、7份纳米碳酸钙、3份纳米二氧化钛和2份CaCO3，CaCO3粒径为100nm；
S302：加热至110-120℃进行混合，混合1h；
S303：干燥，得到增韧剂。
其中，S101中的成核剂的制备方法为：按质量分数进行配比：3份滑石粉、4份碳酸钙、5份二氧化硅、2份明矾、3份二氧化钛、6份氧化钙、2份氧化镁、3份炭黑和3份云母，混合静置，得到成核剂。
增强材料参数：
延展率(拉伸)
延展率(断裂)
弯曲模量
弹性模量
3.2％
6.1％
2278-2322MPa
2470-2750MPa
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。