CN106009430A - 一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：各组分重量份数如下：聚四氟乙烯：100份；高密度聚乙烯：30份；碳：0.5‑2份；青铜：0.2‑2份；炭黑：0.05 ‑0.5份；流动助剂：0.1‑2份；溶剂：101‑120份；抗氧化剂：0.5‑1份；硅烷偶联剂：0.2‑2份；增塑剂：5‑10份；光吸收剂：0.5‑2份；成核剂：0.2‑0.5份。通过在聚四氟乙烯中加入熔融指数为0.5~2高密度聚乙烯来降低生产成本，通过加入流动助剂、抗氧化剂等助剂解决了粉末材料制备技术难度高、的缺陷，通过采用反应釜以及并合理控制温度，压力等工艺参数，提高了产品的抗冲击性能等物理机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料及其制备方法。
背景技术
选择性激光烧结快速成型技术（SLS）是利用粉末材料在激光照射下烧结的原理，在计算机控制下层层堆积成型。SLS可以成形多种材料，包括聚合物、金属及陶瓷等。目前，用于SLS的晶态聚合物主要有尼龙、蜡、聚乙烯等，由于晶态聚合物在烧结过程中粘度小，烧结速率快，因而其烧结件密度大，但会产生较大的成形收缩，造成其尺寸精度较低。而聚四氟乙烯具有优异的耐化学品性，抗冲击强度高，粘度高，能形成0.5微米的细粉，很好的适用于SLS的材料。可见，需要寻找一种SLS材料，解决原有SLS材料制备技术难度高、工艺复杂、价格昂贵等方面的缺陷。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：各组分重量份数如下：聚四氟乙烯：100份；高密度聚乙烯：30份；碳：0.5-2份；青铜：0.2-2份；炭黑：0.05 -0.5份；流动助剂：0.1-2份；溶剂：101-120份；抗氧化剂：0.5-1份；硅烷偶联剂：0.2-2份；增塑剂：5-10份；光吸收剂：0.5-2份；成核剂：0.2-0.5份。
所述聚四氟乙烯的平均粒径为0.1nm~20nm。
所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.5~2的高密度聚乙烯。
所述流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳酸钙。
所述溶剂中各组分体积份数为：乙醇80-120份；丁酮10-15份；二甘醇1-5份；水10-15份。
所述抗氧化剂由酚类与亚磷酸脂类或酚类与硫醋类组成。
所述增塑剂为已二醇、甘油、对轻基苯甲酸醋、磺酞胺中的一种或几种的混合物。
所述光吸收剂为苯酮类、苯并三唑类、三嗪类与受阻胺类光吸收剂中的一种或几种；其中苯酮类光吸收剂为：2,4-二羟基二苯甲酮或2-羟基,4-甲氧基二苯甲酮，苯并三唑类光吸收剂为2-（2＇羟基-3＇,5＇-二叔苯基）-5-氯化苯并三唑，三嗪类光吸收剂为2,4,6-三（2＇-正丁氧基苯基）-1,3,5一三嗪，受阻胺类光吸收剂为二（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯或双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）癸二酸酯。
所述成核剂为二氧化硅、胶体石墨、氟化锂、氮化硼、硼酸铝中的任意一种。
一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将聚四氟乙烯与高密度聚乙烯、碳、炭黑、青铜混合，均匀装入反应釜中，将溶剂加入反应釜中，密封，抽真空，通入二氧化碳，并使反应釜初始压力为0.1-0.3MPa；
步骤二、加热，使反应釜逐渐升温至150~180℃，开启搅拌，继续升温至180~220℃,开启排气阀门，将釜内压力降至1.3~1.4MPa，保持0.5~0.6小时，缓慢均匀的降压，使反应釜内压力在1.9~2.4小时内降至常压，在常压下保持0.5~0.8小时，停止搅拌，将产物从反应釜取出放入冷水槽中，烘干得到产物；
步骤三、将上述产物以及抗氧化剂、硅烷偶联剂、增塑剂、光吸收剂、成核剂一起投入反应釜中，封闭釜盖，对反应釜进行抽真空处理，并通入氮气，将反应釜缓慢升温至160~190℃，并保温4~5小时；
步骤四、将反应釜温度降至室温，取出物料，在空气中干燥11~12小时后在物料中加入流动助剂，进行球磨4~5小时，再将球磨得到的粉体放入真空烘箱中烘干45-48小时，得到聚四氟乙烯粉末材料。
由以上技术方案可以看出，本发明通过在聚四氟乙烯中加入熔融指数为0.5~2高密度聚乙烯来降低生产成本，通过加入流动助剂、抗氧化剂等助剂解决了粉末材料制备技术难度高、的缺陷，通过采用反应釜以及并合理控制温度，压力等工艺参数，提高了产品的抗冲击性能等物理机械性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详述。
实施例
1
：
一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将聚四氟乙烯与高密度聚乙烯、碳、炭黑、青铜混合，均匀装入反应釜中，将溶剂加入反应釜中，密封，抽真空，通入二氧化碳，并使反应釜初始压力为0.1MPa；
步骤二、加热，使反应釜逐渐升温至150℃，开启搅拌，继续升温至180℃,开启排气阀门，将釜内压力降至1.3MPa，保持0.5小时，缓慢均匀的降压，使反应釜内压力在1.9小时内降至常压，在常压下保持0.5小时，停止搅拌，将产物从反应釜取出放入冷水槽中，烘干得到产物；
步骤三、将上述产物以及抗氧化剂、硅烷偶联剂、增塑剂、光吸收剂、成核剂一起投入反应釜中，封闭釜盖，对反应釜进行抽真空处理，并通入氮气，将反应釜缓慢升温至160℃，并保温4小时；
步骤四、将反应釜温度降至室温，取出物料，在空气中干燥11小时后在物料中加入流动助剂，进行球磨4小时，再将球磨得到的粉体放入真空烘箱中烘干45小时，得到聚四氟乙烯粉末材料。
各组分重量份数为：
聚四氟乙烯：100份；高密度聚乙烯：30份；碳：0.5份；青铜：0.2份；炭黑：0.05份；流动助剂：0.1份；溶剂：101份；抗氧化剂：0.5份；硅烷偶联剂：0.2份；增塑剂：5份；光吸收剂：0.5份；成核剂：0.2份。
实施例
2
：
一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将聚四氟乙烯与高密度聚乙烯、碳、炭黑、青铜混合，均匀装入反应釜中，将溶剂加入反应釜中，密封，抽真空，通入二氧化碳，并使反应釜初始压力为0.3MPa；
步骤二、加热，使反应釜逐渐升温至180℃，开启搅拌，继续升温至220℃,开启排气阀门，将釜内压力降至1.4MPa，保持0.6小时，缓慢均匀的降压，使反应釜内压力在2.4小时内降至常压，在常压下保持0.8小时，停止搅拌，将产物从反应釜取出放入冷水槽中，烘干得到产物；
步骤三、将上述产物以及抗氧化剂、硅烷偶联剂、增塑剂、光吸收剂、成核剂一起投入反应釜中，封闭釜盖，对反应釜进行抽真空处理，并通入氮气，将反应釜缓慢升温至190℃，并保温5小时；
步骤四、将反应釜温度降至室温，取出物料，在空气中干燥12小时后在物料中加入流动助剂，进行球磨5小时，再将球磨得到的粉体放入真空烘箱中烘干48小时，得到聚四氟乙烯粉末材料。
各组分重量份数为：
聚四氟乙烯：100份；高密度聚乙烯：30份；碳：2份；青铜：2份；炭黑：0.5份；流动助剂：2份；溶剂：120份；抗氧化剂：1份；硅烷偶联剂：2份；增塑剂：10份；光吸收剂：2份；成核剂：0.5份。
性能测试：
将实施例1,2所制得成品材料通过SLS技术成型为产品，并进行性能测试，得到以下试验数据：
| 拉伸强度（Mpa） | 弹性模量（Mpa） | 弯曲强度（Mpa） | 弯曲模量（Mpa） | 冲击强度（Mpa） | 精度（um） | |
| 实验例1 | 74.5 | 1870.3 | 115.6 | 2350 | 47.5 | 20 |
| 实验例2 | 135.6 | 2561 | 145.2 | 3255 | 55.6 | 30 |
可见，采用本申请的制备方法以及组分配比所生产的聚四氟乙烯粉末材料所制得的制品具有较高的物理机械性能和尺寸精度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：各组分重量份数如下：聚四氟乙烯：100份；高密度聚乙烯：30份；碳：0.5-2份；青铜：0.2-2份；炭黑：0.05 -0.5份；流动助剂：0.1-2份；溶剂：101-120份；抗氧化剂：0.5-1份；硅烷偶联剂：0.2-2份；增塑剂：5-10份；光吸收剂：0.5-2份；成核剂：0.2-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：所述聚四氟乙烯的平均粒径为0.1nm~20nm。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：所述高密度聚乙烯的熔融指数为0.5~2的高密度聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：所述流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米碳酸钙。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：所述溶剂中各组分体积份数为：乙醇80-120份；丁酮10-15份；二甘醇1-5份；水10-15份。
6.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：所述抗氧化剂由酚类与亚磷酸脂类或酚类与硫醋类组成。
7.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：所述增塑剂为已二醇、甘油、对轻基苯甲酸醋、磺酞胺中的一种或几种的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：所述光吸收剂为苯酮类、苯并三唑类、三嗪类与受阻胺类光吸收剂中的一种或几种；其中苯酮类光吸收剂为：2,4-二羟基二苯甲酮或2-羟基,4-甲氧基二苯甲酮，苯并三唑类光吸收剂为2-（2＇羟基-3＇,5＇-二叔苯基）-5-氯化苯并三唑，三嗪类光吸收剂为2,4,6-三（2＇-正丁氧基苯基）-1,3,5一三嗪，受阻胺类光吸收剂为二（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯或双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）癸二酸酯。
9.根据权利要求1所述的一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料，其特征在于：所述成核剂为二氧化硅、胶体石墨、氟化锂、氮化硼、硼酸铝中的任意一种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于选择性激光烧结的聚四氟乙烯粉末材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将聚四氟乙烯与高密度聚乙烯、碳、炭黑、青铜混合，均匀装入反应釜中，将溶剂加入反应釜中，密封，抽真空，通入二氧化碳，并使反应釜初始压力为0.1-0.3MPa；
步骤二、加热，使反应釜逐渐升温至150~180℃，开启搅拌，继续升温至180~220℃,开启排气阀门，将釜内压力降至1.3~1.4MPa，保持0.5~0.6小时，缓慢均匀的降压，使反应釜内压力在1.9~2.4小时内降至常压，在常压下保持0.5~0.8小时，停止搅拌，将产物从反应釜取出放入冷水槽中，烘干得到产物；
步骤三、将上述产物以及抗氧化剂、硅烷偶联剂、增塑剂、光吸收剂、成核剂一起投入反应釜中，封闭釜盖，对反应釜进行抽真空处理，并通入氮气，将反应釜缓慢升温至160~190℃，并保温4~5小时；
步骤四、将反应釜温度降至室温，取出物料，在空气中干燥11~12小时后在物料中加入流动助剂，进行球磨4~5小时，再将球磨得到的粉体放入真空烘箱中烘干45-48小时，得到聚四氟乙烯粉末材料。
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