[发明专利]用于选择性激光烧结的聚丙烯粉末及其制备

说明书

本发明提供了一种选择性激光烧结的聚丙烯粉末，包含聚丙烯材料和表面活性剂，并且通过差示扫描量热分析法对所述聚丙烯粉末进行分析，得到的DSC分析曲线上在145‑155℃之间和160‑170℃之间分别存在熔融峰；并提供了一种该聚丙烯粉末的制备方法，包括以下步骤：1)将聚丙烯材料、表面活性剂和有机溶剂混合，搅拌下加热至目标加热温度，继续恒温搅拌，形成聚丙烯溶液；2)将所述聚丙烯溶液淬冷至目标淬冷温度，恒温静置，溶液中有沉淀生成；3)分离所述沉淀，并进行洗涤、干燥，得到聚丙烯粉末。

技术领域

本发明涉及聚合物加工技术领域，具体涉及一种用于选择性激光烧结的聚丙烯粉末及其制备方法。

背景技术

3D打印技术，又称快速成型制造技术，具有“分层制造、逐层叠加”的共同特征。3D打印技术突破了传统材料变形成型和去除成型的工艺方法，可在没有夹具或模具的条件下迅速制造出任意复杂形状的三维实体零件，且可有效地缩短产品开发周期。3D打印技术涉及信息技术、材料科学、精密机械等多个方面，在当今制造业中越来越具有竞争力，因此被称为“具有工业革命意义的制造技术”。

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)是3D打印技术的一种，其以固体粉末为原料，根据计算机辅助设计(CAD)模型，通过分层制造叠加，使用激光选择性地烧结粉末材料成型为三维实体。SLS具有成型材料广泛、应用范围广、材料利用率高和无需支撑等优势，在现代制造业中受到越来越广泛的重视。其具体工艺流程包括：先利用计算机将零件三维实体模型文件沿Z向分层切片，并将零件实体的截面信息储存于STL文件中。然后在工作台上用铺粉辊铺一层颗粒材料，由CO₂激光器发出的激光束在计算机的控制下，根据各层截面的CAD数据，有选择地对颗粒层进行扫描，在被激光扫描的区域，颗粒材料被烧结在一起，未被激光照射的颗粒仍呈松散状，作为成型件和下一颗粒层的支撑。一层烧结完成后，工作台下降一个截面层(设定的切片厚度)的高度，再进行下一层铺粉烧结，新的一层和前一层自然地烧结在一起。这样，当全部截面烧结完成后除去未被烧结的多余颗粒，便得到所设计的三维实体零件。

成型材料是影响SLS发展的一个重要因素。现有SLS成型材料包括聚合物粉末，陶瓷粉末和金属粉末等。与金属和陶瓷粉末等SLS成型材料相比，聚合物粉末具有成型温度低、烧结激光功率小、精度高等优点。应用于SLS中的聚合物材料主要是非晶态聚合物和晶态聚合物。其中，晶态聚合物，包括聚酰胺(尼龙)、聚乙烯、聚丙烯等，具有确定的熔融温度，熔融温度以上时无序态晶态聚合物的熔融粘度非常低，其烧结速率较高，烧结件的致密度非常高。然而，晶态聚合物在熔融结晶过程中有较大的收缩，同时烧结引起的体积收缩也非常大，这就造成晶态聚合物在烧结过程中容易翘曲变形，烧结件的尺寸精度较差，更为严重的是，这使得SLS加工的零部件脆性高，韧性低，易破损。

聚丙烯(PP)是由丙烯单独聚合或丙烯与其它烯烃共聚合得到的聚合物，具有质轻、耐热性好、硬度高、易加工等优异性能，现已成为五大通用合成树脂中增长速度最快、新品种开发最为活跃产品之一。但其作为一种晶态聚合物，也具有上述缺陷。不仅是PP的内在结构特性，PP的外在性质(粒径和形貌)也对SLS的成型效果有重要的影响。表面平滑的球形粉末能够提升SLS的成型精度。

目前SLS用PP粉末可以通过溶液重结晶法和低温机械粉碎法制备。采用溶液重结晶法和低温机械粉碎法制备聚丙烯粉末均存在形状不规则，球形度不佳的问题，限制了PP粉末在SLS中的应用和烧结件性能的提高。另外，PP粉末中其他成分的添加通常是在粉末制备后搅拌加入，各成分难以与PP混合均匀。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供了一种用于选择性激光烧结的聚丙烯粉末及其制备方法。根据本发明所提供的聚丙烯粉末，为复合式晶型的聚丙烯，强度和韧性优异，并且粒径尺寸(20-90μm)合适、粒径分布集中，具有匀称规则的颗粒外形，球形度高，流动性好，特别适用于选择性激光烧结技术。