[发明专利]一种用于MJR3D打印尼龙12复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于MJR3D打印尼龙12复合材料及其制备方法。先制备Ni活化的PA12粉末；然后用全氟癸硫醇对聚多巴胺进行化学修饰，再对纳米铝颗粒进行一步表面氟化，制备出纳米胶体Al@PF；最后将纳米胶体Al@PF通过Ni活化，在PA12粉末表面进行化学粘附，成功制得一种用于MJR3D打印工艺技术的尼龙12复合材料，其用量小，PF（全氟癸硫醇修饰的聚多巴胺）具有优异的附着力和较高的氟化物含量使反应组分n‑Al与尼龙12粉末之间具有良好的界面相互作用，在MJR3D打印工艺中具有很大应用前景。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种用于（Multi Jet Reaction）MJR 3D打印尼龙12复合材料及其制备方法。

背景技术

3D打印，亦称增材制造，是依据零件的三维CAD模型数据，全程由计算机控制，将离散（液体、丝材、粉末）逐层累加制造实体零件的技术。相对于传统的材料去除（切削加工）技术，3D打印是一种“自下而上”进行材料累加的制造过程。

影响3D打印技术前进主要是材料应用，虽然3D打印最常见的市场材料是ABS、PLA，但其存在材料打印性能差，打印温度高、材料流动性差等缺点，针对这些缺点发明了一种用于多射流熔合技术（Multi Jet Reaction）MJR 3D打印新型尼龙12复合材料。尼龙12是一种晶态高分子，其粉末经熔融成型能制得高致密度、高强度的烧结件，可以直接用作功能件，因此具有广泛的应用前景。

纳米铝（n-Al）粒子具有较高的能量密度和瞬时大的能量释放，目前被认为是最有前途的金属燃料之一。然而，在制备和储存过程中，n-Al粒子的缓慢氧化不可避免地导致了氧化铝外壳(Al₂O₃)的形成。Al₂O₃层化学反应性低，熔点高，大大降低了反应效率，对n-Al基材料的燃烧性能产生负作用。纳米铝粒子与氟化物的功能表面工程是解决这一问题的一种可行方法。通过与氟化物反应可以消除致密的Al₂O₃外壳，使高活性铝芯能够无障碍地接触到周围的氧化剂，但氟化层与铝之间较弱的界面相互作用可能不利于优化其界面接触和能量释放效率。而本发明中采用全氟癸硫醇对聚多巴胺进行化学修饰，在纳米铝颗粒表面包裹后形成PF涂层，同时对纳米铝颗粒进行一步表面氟化，PF涂层优异的附着力和较高的氟化物含量使n-Al与尼龙12粉末之间具有良好的界面相互作用，在MJR3D打印工艺中具有很大应用前景。

发明内容

本发明的目的在于针对现有高分子3D打印材料短缺等问题，提供一种用于MJR 3D打印新型尼龙12复合材料制备及其应用。通过在尼龙12（PA12）粉末表面构筑的纳米结构Al@PF，使得复合材料具备更大的反应放热能量，热量使粉末颗粒熔融、定型。

通常，由于氟层与Al之间的界面相互作用较弱，不利于界面接触和能量释放效率，而聚多巴胺(PDA)是一种著名的贻贝类聚合物，由于其强大和通用的附着力，聚多巴胺（PDA）作为外壳可以包裹在几乎任何固体材料表面。本发明中将聚多巴胺（PDA）用作n-Al/氟化聚合物复合材料的界面层，表现出明显的反应性调节能力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于MJR 3D打印新型尼龙12复合材料制备方法：所述的新型尼龙12复合材料复是由Al@PF均匀地分布在尼龙12粉末表面构成具有发生放热的复合材料，其制备方法为：水解的 KH550和PA12 粉末通过共价键或氢键连接，导致其PA12粉末表面形成聚合物刷，同时引入了氨基；以乙酸镍为镍源，聚合物刷表面的氨基可以吸附Ni²⁺，其聚合物刷/镍颗粒结构被用来激活 PA12 粉末，其PA12粉末表面刷状结构和丰富的活性基团可以装饰金属颗粒。然后用全氟癸硫醇(PFDT)对（聚多巴胺）PDA进行化学修饰，同时对纳米铝颗粒进行包裹和一步表面氟化，制备一种新型纳米胶体Al@PF；最后将纳米胶体Al@PF通过Ni活化，在PA12粉末表面进行化学粘附，得到一种用于MJR3D打印工艺技术的新型尼龙12复合材料。