本發(fā)明涉及一種激光燒結(jié)用聚酰胺粉末制備方法，采用該方法制備的聚酰胺粉末尤其適用于選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。
背景技術(shù)：
選擇性激光燒結(jié)是通過選擇性地熔合多個(gè)粉末層來制造三維物體的一種方法，該方法允許不使用工具加工而只需根據(jù)待生產(chǎn)物體的三維圖像通過激光燒結(jié)粉末的多個(gè)重疊層，來獲得三維實(shí)體。該方法主要使用熱塑性聚合物來完成。專利US6136948和WO9606881對這種使用粉末狀聚合物制造三維物體的方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述。
選擇性激光燒結(jié)技術(shù)可以制備在尺寸范圍允許內(nèi)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制品，對研發(fā)過程中樣品設(shè)計(jì)、測試甚至生產(chǎn)過程中的小批量制造都非常有效，但這制造方法相比傳統(tǒng)工藝會帶來精度和機(jī)械性能方面的一些影響，而且在許多領(lǐng)域內(nèi)，尤其是制作選擇性激光展示樣品時(shí)，用戶非常關(guān)注其選擇性激光燒結(jié)制件的表面質(zhì)量，如表面粗糙度和表面色澤等。
聚酰胺材料是選擇性激光燒結(jié)技術(shù)來制造三維物體的主要原材料之一，然而實(shí)際生產(chǎn)中聚酰胺粉末的選擇性激光燒結(jié)制件卻常呈現(xiàn)泛黃，表面質(zhì)量差，力學(xué)性能較差等問題，影響了美觀和使用效果。這種問題的原因除了與激光燒結(jié)過程中的保護(hù)氣氛環(huán)境有關(guān)系外，粉末本身的性質(zhì)對于燒結(jié)過程中的影響也有很大關(guān)系，這體現(xiàn)在：
1、聚酰胺粉末材料的熔程。粉末材料熔程較大時(shí)，部分材料會較早的熔化導(dǎo)致熔化的不均勻，給燒結(jié)過程中穩(wěn)定性控制帶來難度，同時(shí)也影響制件的表面質(zhì)量；
2、聚酰胺粉末材料的粒徑分布。不同粒徑大小的粉末顆粒會因短時(shí)間內(nèi)吸收的激光能量而導(dǎo)致不同的熔化程度，寬范圍的粒徑分布會顯著降低制件的表面質(zhì)量和力學(xué)性能。
3、粉末長期在其熔點(diǎn)附近受熱，工件顏色偏黃，需進(jìn)行后期著色處理。
可采用的一些辦法是在對泛黃的制件進(jìn)行后期表面著色處理，但工藝繁瑣，時(shí)間和金錢成本增加；此外還可以在聚酰胺粉末材料混合熒光增白劑，如KSN或者OB-1，但制件容易褪色，且對其機(jī)械性能帶來一定影響。鈦白和或鋅白是一種白色無機(jī)顏料，覆蓋能力高，著色能力強(qiáng)，因此常將鋅白粉和或鋅白粉與樹脂干粉混合使用以達(dá)到增白效果，這種方法在激光燒結(jié)成形領(lǐng)域也進(jìn)行過探索和應(yīng)用，即將鈦白和或鋅白粉與聚酰胺粉末混合用于激光燒結(jié)，但實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)盡管對鈦白和或鋅白對聚酰胺粉末有一定的著色作用，卻因?yàn)榻?jīng)常粘附在制件表面而降低了制件表面質(zhì)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有選擇性激光燒結(jié)工藝過程中，聚酰胺制件易泛黃，表面質(zhì)量差的缺陷，提供一種能夠在選擇性激光燒結(jié)工藝中呈現(xiàn)出白度高，表面質(zhì)量好的聚酰胺粉末材料。
通過本發(fā)明提供的一種激光燒結(jié)用聚酰胺粉末制備方法，通過將鈦白和或鋅白添加至聚酰胺溶液中，經(jīng)先升溫后降溫結(jié)晶過程后獲得聚酰胺粉末材料。
通過本發(fā)明所制獲的聚酰胺粉末材料白度增高，熔程縮短，粒徑分布均勻且集中，非常適用于選擇性激光燒結(jié)工藝。
本發(fā)明還提供了通過該方法制得的聚酰胺粉末材料的應(yīng)用，通過該工藝獲得的粉末其激光燒結(jié)制件白度高，表面質(zhì)量良好穩(wěn)定。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一種激光燒結(jié)用聚酰胺粉末的制備方法，其制備方法包括將鈦白和或鋅白加入聚酰胺溶液中，加熱溶液至140℃-170℃，優(yōu)選150-155℃；保溫30-240min，優(yōu)選100-160min；然后將溶液按1.2-2.0℃/min降溫至室溫進(jìn)行粉末制備，優(yōu)選降溫速率為1.2-1.5℃/min，其中所述的鈦白和或鋅白含量為所述的聚酰胺含量的0.5-2wt%，優(yōu)選0.6-1wt%。
本發(fā)明人在制備聚酰胺粉末材料工藝過程中加入了一定量的鈦白和或鋅白，意外的發(fā)現(xiàn)制備的聚酰胺粉末粒徑變得集中和均勻，熔程縮短，其選擇性激光燒結(jié)制件白度提高，表面質(zhì)量也有明顯改善。
本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為，鈦白和或鋅白在聚酰胺材料制備工藝中不僅起到了著色的作用效果，而且在聚酰胺冷卻結(jié)晶過程中，作為晶胚參與到聚酰胺冷卻再結(jié)晶的過程中，從而使聚酰胺結(jié)晶速率變快，形成的結(jié)晶比不加成核劑時(shí)要小，使得原有的均相成核變成異相成核，增加了結(jié)晶體系內(nèi)晶核數(shù)目，并獲得了較為良好的結(jié)晶大小和形態(tài)，從而使得聚酰胺粉末粒徑分布更為均勻，其制件也具有良好的表面效果。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步的，所述的聚酰胺可以是PA6、PA11、PA12、PA66、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的一種或幾種。
下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
向100L反應(yīng)釜中投入PA1212材料10Kg，鈦白和或鋅白50g，乙醇80Kg，通入高純氮?dú)庵翂毫?.3MPa，開啟攪拌，隨后加熱使釜內(nèi)溫度升高至150℃，在此溫度下保溫120min；隨后采用冷卻水降溫，使釜內(nèi)溫度以1.5℃/min的冷卻速率降至80℃，加大冷卻水流量使釜內(nèi)溫度降至室溫，取出物料，離心分離，干燥即可得到聚酰胺粉末樣品。
對比例1
向100L反應(yīng)釜中投入PA1212材料10Kg，乙醇80Kg，通入高純氮?dú)庵翂毫?.3MPa，開啟攪拌，隨后加熱使釜內(nèi)溫度升高至150℃，在此溫度下保溫120min；隨后采用冷卻水降溫，使釜內(nèi)溫度以1.5℃/min的冷卻速率降至80℃，加大冷卻水流量使釜內(nèi)溫度降至室溫，取出物料，離心分離，干燥即可得到聚酰胺粉末樣品。
實(shí)施例2
向100L反應(yīng)釜中投入PA1212材料10Kg，鈦白和或鋅白100g，乙醇80Kg，通入高純氮?dú)庵翂毫?.3MPa，開啟攪拌，隨后加熱使釜內(nèi)溫度升高至150℃，在此溫度下保溫120min；隨后采用冷卻水降溫，使釜內(nèi)溫度以1.5℃/min的冷卻速率降至80℃，加大冷卻水流量使釜內(nèi)溫度降至室溫，取出物料，離心分離，干燥即可得到聚酰胺粉末樣品。
實(shí)施例3
向100L反應(yīng)釜中投入PA1212材料10Kg，鈦白和或鋅白200g，乙醇80Kg，通入高純氮?dú)庵翂毫?.3MPa，開啟攪拌，隨后加熱使釜內(nèi)溫度升高至150℃，在此溫度下保溫120min；隨后采用冷卻水降溫，使釜內(nèi)溫度以1.5℃/min的冷卻速率降至80℃，加大冷卻水流量使釜內(nèi)溫度降至室溫，取出物料，離心分離，干燥即可得到聚酰胺粉末樣品。
實(shí)施例4
向100L反應(yīng)釜中投入PA6材料10Kg，鈦白和或鋅白100g，乙醇80Kg，通入高純氮?dú)庵翂毫?.3MPa，開啟攪拌，隨后加熱使釜內(nèi)溫度升高至155℃，在此溫度下保溫120min；隨后采用冷卻水降溫，使釜內(nèi)溫度以1.5℃/min的冷卻速率降至80℃，加大冷卻水流量使釜內(nèi)溫度降至室溫，取出物料，離心分離，干燥即可得到聚酰胺粉末樣品。
對比例2
向100L反應(yīng)釜中投入PA6材料10Kg，乙醇80Kg，通入高純氮?dú)庵翂毫?.3MPa，開啟攪拌，隨后加熱使釜內(nèi)溫度升高至150℃，在此溫度下保溫120min；隨后采用冷卻水降溫，使釜內(nèi)溫度以1.5℃/min的冷卻速率降至80℃，加大冷卻水流量使釜內(nèi)溫度降至室溫，取出物料，離心分離，干燥即可得到聚酰胺粉末樣品。
實(shí)施例5
向100L反應(yīng)釜中投入PA6材料10Kg，鈦白和或鋅白200g，乙醇80Kg，通入高純氮?dú)庵翂毫?.3MPa，開啟攪拌，隨后加熱使釜內(nèi)溫度升高至155℃，在此溫度下保溫120min；隨后采用冷卻水降溫，使釜內(nèi)溫度以1.5℃/min的冷卻速率降至80℃，加大冷卻水流量使釜內(nèi)溫度降至室溫，取出物料，離心分離，干燥即可得到聚酰胺粉末樣品。
分別對實(shí)施例1-5和對比例1-2所獲得聚酰胺粉末樣品進(jìn)行粒度分析，熔點(diǎn)熔程測定，白度測定，并使用選擇性激光燒結(jié)設(shè)備燒結(jié)粉末樣品獲得制件，測量得到制件的表面粗糙度，各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)見下表1。
表1。
從表中可以看出，使用本發(fā)明制備的聚酰胺粉末粒徑分布變得更加集中，熔程（終熔點(diǎn)與初熔點(diǎn)差值）縮短，白度提高，其選擇性激光燒結(jié)制件的表面粗糙度也得到改善。