一种耐热阻燃聚丙烯汽车进气歧管的选择性激光烧结成型工艺的制作方法

文档序号：23354070发布日期：2020-12-18 18:25阅读：74来源：国知局

本发明属于聚合物成型技术领域，具体涉及一种耐热阻燃聚丙烯汽车进气歧管的选择性激光烧结成型工艺。

背景技术：

选择性激光烧结技术(sls)是增材制造技术的一种，主要以粉体材料为基体材料，可制备具有复杂结构的复合材料功能零件或熔模铸造零件，具有成型速度快、精度高等特点，被广泛应用于航天航空、生物医疗、汽车制造等领域。

sls的原材料来源非常广泛，包括金属粉体、陶瓷基粉体、聚合物材料粉体，其中聚合物材料粉体由于其价格相对低廉，对增材制造设备要求相对较低，易于改性和加工等优点已成为sls成型的主要原材料。可是，成功应用于sls工艺并制造出优良模塑品的聚合物粉体却非常有限，聚酰胺(pa)粉体约占到整个sls用聚合物粉体用量的95％，其他材料粉体鲜少应用，亟待开发更多种类的聚合物粉体材料。

汽车进气歧管，是汽车发动机十分重要的组成部分，由形状十分复杂的自由曲面构成，它对提高进气效率、改善燃烧过程有非常重要的影响。采用sls工艺能够快速精确成型，而且进气歧管与发动机缸盖直接连接，满足汽车发动机缸盖温度130～150℃的使用要求。华曙高科和巴斯夫合作，成功使用sls技术成型一种高强度、高熔点的pa6汽车进气岐管。据统计，使用该sls工艺直接打印进气歧管，能够节约60％的成本，提高40％效率，且成型的进气歧管强度、热稳定性均满足实际工作的要求。但是所用的sls原料pa6价格昂贵，使汽车进气歧管的成本升高，不利于大规模生产。所成型的进气歧管虽然有一定的热稳定性，但是不具备阻燃性，在发动机故障着火时很容易扩大火势，有很大的安全隐患。

聚丙烯(pp)是五大通用高分子材料之一，具有密度小、强度高、耐热、绝缘性好、化学性质稳定以及价格低廉等优点，在纺织纤维、家庭日用品、建筑以及汽车工业等方面有着十分广泛的应用，是五大通用合成树脂中增长速度最快、新品种开发最为活跃产品之一。近年来pp在sls中的应用越来越多。

专利cn109306114a以pp作为主要原料，研制了一种高性能pp复合材料，并通过吹塑成型制备汽车进气歧管。相比于普通的尼龙进气歧管减重超过20％，且制造成本更低，热稳定性更好。但是，该工艺只适用于吹塑成型，而不能用于sls技术，对于结构复杂的汽车进气歧管，难免会增加成本、降低生产效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，以新型的pp复合粉体为原料通过选择性激光烧结(sls)成型汽车进气歧管，并提供一种选择性激光烧结(sls)成型汽车进气歧管的成熟工艺技术。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种耐热阻燃聚丙烯汽车进气歧管的选择性激光烧结成型工艺，包括以下步骤。

(1)将市售sls商用pp粉体100质量份，离子液体改性空心玻璃微珠60质量份，流动助剂5质量份，抗氧剂2质量份，放入高速混合机中以1200r/min共混15min，即得到pp复合粉体。

(2)设计建造汽车进气歧管的cad三维模型，将模型转化为stl文件格式，并将stl文件进行横截面切片分割，导入sls计算机辅助体统。

(3)设置sls工艺参数，预热温度设置范围为100～160℃，扫描间距为0.08～0.30mm，激光功率设置范围为10～45w，铺粉厚度设施范围为0.08～0.20mm，激光扫描速度为6000～11000mm/s；优选地，打印温度150℃，扫描间距0.15mm，激光功率20w，铺粉厚度0.12mm，扫描速度10000mm/s。

(4)将pp复合粉体装入sls设备，进行sls成型。

(5)成型结束后，让制得的汽车进气歧管随着粉床冷却至室温后取出，清除表面的浮粉，即得到成品。

上述的耐热阻燃聚丙烯汽车进气歧管的选择性激光烧结成型工艺，步骤(1)中，所述pp粉体为用于sls技术的市售商用粉体，23℃下堆密度为0.895g/cm³，d50＝50～90μm，熔点为140℃。步骤(1)中，所述离子液体改性空心玻璃微珠使用的空心玻璃微珠的堆积密度为0.03～0.30g/cm³，粒径d50为20～100μm，抗压强度为1～100mpa；优选粒径d50为为40～80μm，抗压强度为10～80mpa。步骤(1)中，所述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的组合。所述抗氧剂为受阻酚类大分子型抗氧剂、亚磷酸类抗氧剂和烷酯类抗氧剂中的一种或几种的组合；优选抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。sls设备采用华曙高科的hp252p，充气为co2，可打印最小厚度0.1mm，最快扫描速度14000mm/s，最高功率60w，成型材料最高熔点220℃。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的耐热阻燃聚丙烯汽车进气歧管的选择性激光烧结成型工艺具有以下优点。

(1)使用选择性激光烧结成型汽车进气歧管，可成型结构复杂、外形和曲面不规则、或内部局部镂空、较难设计模具分型面注塑的汽车进气歧管。能够节约生产成本，提升生产效率，适合大规模生产。

(2)以市售sls商用pp粉体作为选择性激光烧结(sls)成型的原料，成本进一步降低，适合大规模生产，且pp本身热稳定性较好，更适合成型汽车进气歧管。

(3)离子液体改性后的空心玻璃微珠，不仅明显改善与pp基体的结合力和在pp基体中的分散性，而且离子液体在pp复合粉体中起异相成核作用，可加速pp结晶过程并使pp球晶尺寸更小并更加均匀，从而改善pp在sls烧结时的翘曲变形。因此，只需简单的将离子液体改性后的空心玻璃微珠与市售sls商用pp粉体机械共混，即可得到pp复合粉体，工艺简单、灵活。并且离子液体改性空心玻璃微珠的加入，改善了pp复合粉体的力学性能、耐热性能，满足汽车进气歧管的性能要求，同时赋予汽车进气歧管阻燃性能，进一步提高了汽车的安全系数。

(4)通过该sls工艺参数制备汽车进气歧管，所成型的制件致密度高，力学性能好，且sls制件翘曲量进一步减小，从而提高成型精度，成型效率高，综合性能优异。

具体实施方式

下面通过具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

(1)将市售sls商用pp粉体100质量份，离子液体改性空心玻璃微珠60质量份，流动助剂5质量份，抗氧剂2质量份，放入高速混合机中以1200r/min共混15min。

(2)sls成型标准样条，设置sls工艺参数，打印温度100℃，扫描间距0.15mm，激光功率20w，铺粉厚度0.12mm，扫描速度10000mm/s。