基于选择性激光烧结快速成形聚亚胺醚酮材料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于选择性激光烧结聚亚胺醚酮粉末材料，并提供了该聚亚胺醚酮粉末材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)技术是上世纪九十年代发展起来的一项高新技术，它集成了现代数控技术、CAD/CAM技术、激光技术及新材料等领域的新成果。选择性激光烧结成型技术主要由以下步骤组成:(I)在计算机中建立制品的三维实体CAD模型，然后用分层软件进行分层处理，得到每一加工层面信息，并将其转化为电信号控制激光扫描系统工作；(2)在成型工作台面上铺设一层致密均匀的成型粉末材料激光束在计算机控制下根据切片层面信息对成型粉末材料进行扫描烧结，被激光束照射的粉末熔化并在随后的冷却过程中粘接在一起，完成第一个层面的加工；(3)逐层铺粉，逐层扫描烧接，采用上述叠加成形法，最后制造出三维实体零件。采用SLS技术成功解决了计算机辅助设计中三维造型的“看得见，摸不着”的问题。快速制造出实物模型，缩短了产品开发周期。
[0003]目前用于SLS技术的高分子粉末材料有:聚苯乙烯(PS)粉末、尼龙(PA)粉末、ABS粉末、聚醚醚酮(PEEK)粉末等。其中PEEK材料)是一种半结晶性热塑型树脂，它因为良好的机械性能和热稳定性被应用于航空等领域。也是目前激光烧结主要采用的一种耐热高分子材料，如航空领域关键零部件、医疗领域等。但PEEK的玻璃化转变温度(Tg)为143°C，熔点(Tm)范围在330?350°C，其结构特点决定此类材料仍存在自身的不足:玻璃化转变温度较低(Tg = 1430C )，熔点较高(Tm = 330-3500C )，使得材料的使用上限温度低，但实际操作中加工温度高，两者存在不可调和的矛盾，宄其原因是PEEK半结晶结构所致。故在SLS成型过程中存在较大的收缩变形，工艺控制难度高，限制了此类材料的应用。
[0004]本发明提供一种用于选择性激光烧结的聚亚胺醚酮(PIEK)材料，是一种无定形新型高分子材料。具有较高的玻璃化转变温度(Tg = 2000C )和热分解温度(450°C以上)。用于选择性激光烧结，克服了 SLS成型过程收缩变严重、工艺控制难度高等问题。是一种有广阔前景的SLS用高分子材料。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服SLS用高分子材料PEEK存在的技术缺陷，提供一种用于选择性激光烧结的PIEK材料，该材料在保证优良力学性能及成型效果的同时，提供高耐热性，改善SLS制件综合性能，可适用于航空航天、医疗等对制件强度、耐热性敏感度高的制造领域。
[0006]本发明的另一目的在于提供上述PIEK材料的制备方法。
[0007]本发明提供的一种用于选择性激光烧结的PIEK材料，是由以下组分组成的:PIEK树脂，流动助剂，抗氧剂；各组分按下述重量份数配比:
[0008]PIEK 树脂 94-99
[0009]流动助剂0.5-5
[0010]抗氧剂0.5-1
[0011 ] 上述PIEK树脂由青岛中科新材料有限公司提供。
[0012]上述流动助剂为为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。
[0013]上述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂，受阻酚类抗氧剂优选为对羟基苯甲醚、对苯二酚、2，6-二叔基对苯甲酚、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、2，6-二叔丁基-4-甲基-苯酚、2，2'-双(4-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一种或几种。
[0014]按照上述各组分配比，按以下步骤制备用于选择性激光烧结的PIEK粉末材料:将PIEK树脂、流动助剂、抗氧剂加入混合搅拌器中，搅拌均匀，通过120目筛，得到用于选择性激光烧结的PIEK粉末材料。
[0015]将所得PIEK粉末材料用于SLS成形设备AMA600成形，所得成形制件按ASTM标准进行性能测试。
具体实施方法
[0016]实施例1
[0017]称取PIEK树脂950g，纳米二氧化硅45g，对羟基苯甲醚5g，放入混合搅拌器中，搅拌均匀，过120目筛。即得择性激光烧结的PIEK粉末材料。
[0018]在SLS成形设备AMA600上成形上述所得PIEK粉末材料，制备工艺参数为:激光功率50W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度180°C;将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试。拉伸强度67MPa，弯曲强度131MPa，弯曲模量3820MPa，无缺口冲击强度191J/m2，玻璃化转变温度205°C，热分解开始温度(失重5% )457°C。
[0019]实施例2
[0020]称取PIEK树脂980g，纳米二氧化硅12g，对羟基苯甲醚Sg，放入混合搅拌器中，搅拌均匀，过120目筛。即得择性激光烧结的PIEK粉末材料。
[0021]在SLS成形设备AMA600上成形上述所得PIEK粉末材料，制备工艺参数为:激光功率50W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度180°C;将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试。拉伸强度71MPa，弯曲强度134MPa，弯曲模量3870MPa，无缺口冲击强度193J/m2，玻璃化转变温度204°C，热分解开始温度(失重5% )460°C。
[0022]实施例3
[0023]称取PIEK树脂980g，纳米氧化钙10g，对2，6_ 二叔基对苯甲酚10g，放入混合搅拌器中，搅拌均匀，过120目筛。即得择性激光烧结的PIEK粉末材料。
[0024]在SLS成形设备AMA600上成形上述所得PIEK粉末材料，制备工艺参数为:激光功率50W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度180°C;将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试。拉伸强度73MPa，弯曲强度137MPa，弯曲模量3900MPa，无缺口冲击强度197J/m2，玻璃化转变温度208°C，热分解开始温度(失重5% )465°C。
[0025]实施例4
[0026]称取PIEK树脂960g，纳米二氧铝30g，对羟基苯甲醚10g，放入混合搅拌器中，搅拌均匀，过120目筛。即得择性激光烧结的PIEK粉末材料。
[0027]在SLS成形设备AMA600上成形上述所得PIEK粉末材料，制备工艺参数为:激光功率50W，扫描速度2000mm/s，烧结间距0.1mm,烧结层厚度0.1mm,预热温度180°C;将所得SLS成形件按ASTM标准进行性能测试。拉伸强度70MPa，弯曲强度135MPa，弯曲模量3890MPa，无缺口冲击强度195J/m2，玻璃化转变温度207°C，热分解开始温度(失重5% )461°C。
【主权项】
1.基于选择性激光烧结的聚亚胺醚酮粉末材料，其特征在于所述的聚亚胺醚酮粉末材料是由以下组分组成的:聚亚胺醚酮树脂，流动助剂，抗氧剂。
2.根据权利要求1所述，其特征是各组分按下述重量份数配比: 聚亚胺醚酮树脂94-99 流动助剂0.5-5 抗氧剂0.5-1。
3.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的聚亚胺醚酮树脂选自青岛中科新材料有限公司提供。
4.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的流动助剂为纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化钙中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述，其特征是所述的抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂；受阻酚类抗氧剂优选为对羟基苯甲醚、对苯二酚、2，6-二叔基对苯甲酚、1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5- 二叔丁基-4-轻基节基)苯、2，6_ 二叔丁基-4-甲基-苯酸、2，2'-双(4-甲基-6-叔丁基-苯酚)甲烷中的一种或几种。
6.权利要求1所述的基于选择性激光烧结的聚亚胺醚酮粉末是按以下步骤制得:将聚亚胺醚酮粉加至混合搅拌器内，再添加流动助剂、抗氧剂，搅拌均匀，通过120目筛，制得所述的基于选择性激光烧结的聚亚胺醚酮粉末材料。
【专利摘要】本发明公开了一种基于选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的聚亚胺醚酮(PIEK)粉末材料，其组分包括：聚亚胺醚酮树脂，流动助剂，抗氧剂；本发明同时公开了聚亚胺醚酮材料的制备方法。本发明提供的聚亚胺醚酮粉末材料用于SLS成型时，在保证优良力学性能、高精度及优良成型效果的同时，提供了较高的耐热性，有效改善了SLS制件综合性能，尤其适用于对制件热性能要求高的制造领域。
【IPC分类】C08K3-22, C08K3-36, C08L79-02
【公开号】CN104650582
【申请号】CN201410544649
【发明人】林润雄, 丁云雨, 齐迪
【申请人】青岛科技大学, 青岛中科新材料有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年9月30日