科创中国
一种用于选区激光烧结的高分子复合粉末及其制备方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-04-13 13:57:04
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：河北省保定市| 涂媛 | 2023-04-24 13:14:01
本发明关于增材制造用高分子粉末材料技术领域，尤其涉及一种选区激光烧结用聚苯乙烯/氧化锌复合粉末的制备方法。该粉末由连续相聚苯乙烯、分散相乙烯醋酸乙烯酯共聚物和分散的纳米氧化锌构成。其中纳米氧化锌能够提供制品杀菌防霉功能，并且提高复合粉末的导热率，从而提高复合粉末材料对激光的吸收效果，减少了制件连续层之间的间隙。乙烯醋酸乙烯酯共聚物在提供材料的韧性的同时，其分子结构中的酯基能够大大改善高分子相与氧化锌粒子的亲和性，从而提高二者相间界面结合力，并且增强SLS制件的层间结合强度。产品中纳米氧化锌分散良好、粒径可以方便地在几微米至几十微米之间调控、粉末流动性好、制品韧性好。
其特征在于，包括以下工艺步骤：步骤a、在单体苯乙烯中加入增韧改性剂乙烯醋酸乙烯酯共聚物、流动助剂并溶解，加入纳米氧化锌，分散得到单体相混合物；将引发剂加入所述单体相混合物中，搅拌均匀，并加热反应得到预聚混合物；
步骤b、将乳化剂加入步骤a所得预聚混合物中，搅拌均匀；
步骤c、将高分子分散剂、单体减溶剂溶解于水中得到水相溶液；
步骤d、在步骤b所得混合物中加入所述水相溶液，搅拌至呈稳定的水包油乳液状；
步骤e、加热进行反应，反应结束后固液分离，得到固体粉末；
所述加热反应得到预聚混合物的制备方法为：在300～500rpm的搅拌状态下自室温以0.25～0.30℃/min的升温速度升温至55～60℃，反应20～30min。
增材制造技术将传统制造技术的原材料切割组装变成材料累加，给传统制造业带来深刻变化，受到全世界广泛关注，随着增材制造技术的发展，已被广泛应用于汽车、航空、航天、生物医疗、能源动力等领域。原材料是增材制造技术最重要的物质基础，对产品的成型和使用性能具有决定作用。高分子材料是增材制造原材料中用量最大、应用范围最广、成型方式最多的材料，主要有高分子粉末、高分子丝材和光敏树脂三种形式。其中高分子粉末具有所需烧结能量小、烧结工艺简单、原型质量好等优点，在选区激光烧结（SLS）成型中被广泛应用。目前高分子粉末原料仅有聚苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚醚醚酮、不饱和聚酯、酚醛树脂等有限品种，其中聚苯乙烯具有价廉、制品成型收缩率低，流动性好等优点，但由于聚苯乙烯属于脆性材料，耐冲击强度极低，仅能作为强度、寿命、耐久性要求很低的低端产品，严重制约了其应用领域，市场份额很小。
通常聚苯乙烯塑料通过加入増韧改性剂组分改善其脆性，但是该方法无疑会大大增加后期通过深冷粉碎制造苯乙烯粉末的成本。另一方面，添加具有特殊功效的无机粒子能够赋予复合材料某些功能，并且可能同时提高材料的某些力学性能。但纳米粒子比表面积大，界面原子多，存在大量的悬键和不饱和键，使其具有较高的化学活性，极易团聚形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体。同时无机纳米粒子与有机基体之间存在着极性差异，导致界面亲和性差，引起材料性能降低。因此，解决无机纳米粒子的团聚问题，提高纳米粒子在高分子基相中的分散性是获得高性能高分子纳米复合材料的前提。已有国内外研究者尝试通过添加纳米填料制备复合材料来增强SLS制件的性能。
河北科技大学，坐落于河北省石家庄市，学校为教育部第二批卓越工程师教育培，养计划高校，入选国家级大学生创新创业训练计划、全国高校实践育人创新创业基地、全国深化创新创业教育改革示范高校、教育部首批新工科研究与实践项目（卓越工程师教育培养计划2.0），国家国防科技工业局与河北省人民政府共建的省部共建大学。
本发明提供的SLS用聚苯乙烯纳米粒子复合粉末制备方法的制备过程简单，与现有技术比较，具有能耗低、耗时短、不使用有机溶剂、产品中纳米无机粒子在高分子基相中分散性好、产品粉末粒径可以通过改变乳化剂浓度在几微米至几十微米之间调控、粉末流动性好、制品韧性好的优点。
本发明中，由于纳米无机粒子是在液相中分散后进行单体聚合反应，加之预聚合过程使纳米无机粒子表面有机化，因此得到的高分子氧化锌复合粉末中纳米粒子在高分子基体中分散均匀，而无机粉末的分散性是决定SLS用高分子无机复合粉末性能优劣的关键因素。当采用具有保洁杀菌功能的无机粒子（如氧化锌是光催化半导体抗菌剂）时，高分子复合粉末尤其适合SLS成型医疗、食品、餐饮、儿童玩具等制品。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地保定，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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