制备的聚丙烯粉Dissolution-Precipitation选择性激光烧结的方法

文摘

聚丙烯(PP)与球形粉末形态和粒径适合选择性激光烧结(SLS)成功dissolution-precipitation产生的方法。PP粉的制备条件对性能的影响进行了研究。实验结果表明,最优制备条件如下:溶解温度约166°C,压力约为0.7 mpa, solid-to-solvent比率约为0.067 g / ml。准备PP粉显示一条狭窄的粒径分布的平均直径约为42.7μm和粉末的松装密度0.40克/厘米³。激光烧结生产的标本的PP粉显示光滑的外观和良好的尺寸精度。烧结零件的拉伸强度和冲击强度分别为27.9 mpa和6.3 kj / m²分别,基本上等于注塑件的属性。

1。介绍

选择性激光烧结(SLS)是一个广泛的添加剂制造技术和创建一个三维物体,一层一层地从heat-fusible粉状材料提供的热量从一个移动的激光1- - - - - -4]。与其它添加剂制造技术相比,SLS的主要优势之一是多功能性材料。与金属材料和陶瓷材料相比,高分子材料在烧结过程中,需要更少的能量,这样一个相对低能量的激光可以用于烧结聚合物材料。这允许较低的激光能量比所需直接受雇于SLS烧结金属和陶瓷。虽然理论上任何聚合物可用以粉末形式可以由激光烧结处理,只有少数聚合物粉末可用于制造零件力学性能高,表面质量和精度5- - - - - -9]。根据粘性烧结机制,很难产生完全致密SLS部分无定形聚合物由于高粘度高于玻璃化转变温度。结晶聚合物的部分床温度可以保持接近熔化点完全可以产生密集的部分,因为激光加热下的粉末可以完全融化10,11]。在SLS过程中,非晶态聚合物如聚碳酸酯(PC)和聚苯乙烯(PS)被用来创建模型、模式,以及部分对于熔模铸造的应用程序,而结晶聚合物,如聚酰胺,已经用于生产功能部分已完全致密和良好的机械性能。聚酰胺12 (PA12)无疑是最广泛使用的激光烧结材料目前(12- - - - - -16]。然而,由于PA12粉的价格非常昂贵,限制了其进一步的推广在SLS,具有重要意义发展低成本但综合性能优良的聚合物粉末(17]。

页是最常见的半结晶聚合物广泛应用在许多领域由于其低成本和良好的材料性能,如密度相对较低,机械性能优越,耐高温,耐腐蚀,良好的电气性能和化学稳定性(18- - - - - -20.]。本文的目的是研究激光烧结的生产PP粉以适当的粒度和球形形态。

一般来说,PP粉的制备包括低温铣削和dissolution-precipitation方法。低温铣削主要使用陶瓷或金属球或叶片卸货PP树脂低温−50°C以下,然后准备成粉末(21]。但PP粉由低温铣削粉末流动性差,不宜粒子形态,和不适当的粒度分布(22]。本文运用dissolution-precipitation生产PP粉。在合适的溶剂溶解聚丙烯高温度,然后通过改变温度或添加第二种无溶剂,PP将沉淀粉末(23,24]。通过控制适当的工艺条件,近球形聚丙烯粒子以适当的粒度可以做好准备。

2。材料和方法

2.1。材料

聚丙烯树脂(成绩:SK3500、SD233CF RP707CF, SA233CF, HJ730, T30S,和eps30r)被用于实验。二甲苯溶剂二甲苯(含99.0%,0.1%,苯和甲苯0.1%),这是来自天津付羽精细化工有限公司,有限公司(天津)。

2.2。制备的粉末

PP粉dissolution-precipitation过程是如下:PP树脂和溶剂添加到1 l高压反应器。氮添加到反应堆代替氧气并保持压力的范围0 ~ 1.1 MPa。混合搅拌,加热,当温度达到155°~ 185°C。然后,搅拌停止,混合物冷却的速度0.5°C /分钟到120°C, PP开始沉淀。温度维持在120°C到降水完工(30分钟),然后温度冷却到室温,产品被移除,溶剂过滤。

2.3。烧结过程的粉末

PP粉的烧结实验进行了使用香港P320激光烧结系统由武汉华科三维科技有限公司有限公司(武汉,中国)。烧结参数如下:预热温度为150°C,激光扫描速度是4000 mm / s,激光功率是22 w,层厚度为0.12毫米。

2.4。表征方法

熔体流动速率(MFR)的不同等级的PP决心fr - 1811 a生产商计(上海,中国)在230°C下负载为2.16公斤。聚丙烯粉末的松装密度测试xbm - 100表观密度分析仪(承德,中国),根据GB / T 1636 - 2008和GB / 1636标准。粉末的粒度分布和平均直径测量与赢家- 2000激光粒子分析仪(济南,中国),根据GB / T -2008 - 19077.1标准。粉末的形态是由扫描电镜成像(地产- 5510 lv、日本)。粉末被涂上一层黄金之前SEM表征防止充电。

PP粉的热行为研究了差示扫描量热法(DSC)使用Netzsch 200 f3 DSC (Erich Netzsch GmbH & Co .)、德国)。升温速率为10.0°C /分钟从室温到220°C;然后,以同样的速度冷却进行了氮气的保护下。分解行为研究Netzsch 209 f3 thermogravimeter (Erich Netzsch GmbH & Co .)、德国)。升温速率为20.0°C /分钟从室温到500°C的保护下氮。

laser-sintered零件的弯曲特性测量在WDW-50电子万能试验机(中国深圳)用三点弯曲测试方法在测试2毫米/分钟的速度。进行拉伸试验使用WDW-50电子万能试验机十字头50毫米/分钟的速度。悬臂梁式冲击测试是进行手臂XJU-22悬臂梁冲击试验机(中国)承德使用取得样本。

3所示。结果和讨论

3.1。生产商的影响PP粉的制备

为了研究生产商的影响PP粉的制备方法,不同等级的被选出的PP粉做准备。

如表所示1成绩T30S的PP, SA233CF RP707CF,和dissolution-precipitation SD233CF不能准备成粉末,和获得产品是溶胶或一小块。页的年级K3500可以准备成粉末,但产品必须由乙醇提取。添加乙醇不仅增加了生产成本,也影响了二甲苯作为溶剂回收。成绩的PP HJ730 eps30r可以准备成粉末,产品是容易固液分离。实验结果表明,PP的沉淀产品生产商是相对较低的形式溶胶或结块。PP与大生产商很容易准备粉末。这是因为生产商越低,相对分子量越大,越明显的PP粉粒子之间的聚集,所以更容易形成凝胶或一块。然而,生产商越大,PP的相对分子量越小,导致烧结性能降低的部分准备的PP粉。因此,HJ730生产商为17.8 g /(10分钟)被选为准备PP粉的原料。

3.2。工艺参数的影响PP粉的特点

3.2.1之上。溶解温度

制备PP粉与dissolution-precipitation本质上是溶解PP的过程在高温和低温沉淀。因此,温度控制中发挥着重要作用制备PP粉。

溶解温度对粉末的特性的影响如图1。随着温度的增加从160°C到185°C,粉末松装密度的增加首先,然后下降,最后变成了对稳定。粉的平均粒径随温度的增加而减小。溶解温度为166°C时,粉末的松装密度达到最大值。较低的溶解温度、PP粒子部分溶解,所以粉末的平均粒度较大;在更高的温度下,PP粒子完全溶解;平均粒径很小,只有在合适的温度下,大多数PP溶解,剩下的不溶解的部分作为成核剂在结晶过程中,所以准备粉末的平均粒度分布将合适和粉末的松装密度相对较大。

3.2.2。Solid-to-Solvent比率

solid-to-solvent比率的影响粉的特点是如图2。随着solid-to-solvent比率的增加从0.33克/毫升0.83 g / ml,起初粉末松装密度的增加,然后降低;粉末的平均粒度显著增加。solid-to-solvent比率是0.067克/毫升时,粉末的松装密度是0.37克/立方厘米,平均粒度是65μm。准备好粉的平均粒径随solid-to-solvent比例的减少,但数量的二甲苯制备粉末是单位质量的增加,这将增加生产成本。

3.2.3。压力

粉的特点是压力的影响如图3。在逐渐增加的过程中从0 MPa的压力为1.1 MPa,人民党粉末的松装密度逐渐增加,然后趋于稳定,但粒径会逐渐减少。压力是0.7 MPa时,粉末的松装密度是0.40克/厘米³和粒子的平均尺寸是42μm。如图5 (e)和5 (f),准备粉非常光滑的表面形态和球很好,这是符合SLS对粉末材料的要求。在以前的研究中,一个粒子的直径20 ~ 60μ米被发现适合SLS。

图4显示了PP粉的粒径分布曲线准备在不同的条件。根据图4(一),粉末的平均直径在166°C是72μ米,分布广泛。粉末粒度分布曲线准备166°C的分解温度和solid-to-solvent比率0.067 ml / g图所示4 (b)。粉的平均直径是65μm。粉末准备在166°C, solid-to-solvent比率为0.067 g / ml,压力是0.7 MPa,表现出一个狭窄的粒径分布,如图4 (c)42的,平均粒径μm。

扫描电镜图像的粉末在不同条件如图5。根据的比较(一),(c), (e)和(b)、(d), (f),我们可以知道,制备条件对粉末的形貌有很大的影响。通过改变条件,颗粒尺寸变得更小,分布变得狭窄,表面变成平滑。

3.3。PP粉的热性能

DSC测量执行研究PP粉的热行为。PP粉的DSC测试结果如图6。在加热曲线的分析,我们可以观察到有一个峰值;PP粉开始融化从177.1°C和结束185.9°C;熔点为182.3°C。通过观察冷却曲线,我们可以发现PP粉开始结晶151.3°C和收于157.6°C,和结晶温度为154.5°C。

理论上,SLS结晶聚合物的预热温度的温度范围内粉开始融化,融化开始结晶,所以理论预热温度窗口可以使用以下公式计算:

在哪里开始融化和温度吗是开始结晶温度。

从DSC的分析结果,我们可以知道,可用聚丙烯粉末的烧结窗口从157.6到177.1°C,和SLS是足够大的。

图7显示了热重量分析法(TG)曲线的PP粉。最初的降解温度为323.4°C。20%体重的粉的分解温度是389.8°C和粉的质量损失99.26%为459.2°C。

3.4。选择性激光烧结的PP粉

PP粉烧结使用香港P320激光烧结系统的性能参数如表所示2。在SLS工艺参数如表所示3。

图8显示了在SLS烧结部分过程的具体情况。烧结部分没有扭曲和粉可以重复使用,因为它没有结块。图9表明,烧结部分有良好的外观质量,表面光滑,清晰的轮廓,没有扭曲变形。

烧结零件的力学性能与注射部位相比,结果如表所示4。的拉伸强度和冲击强度的烧结部分类似注射部分,表明烧结零件的密度接近100%。

图10显示了样本的微观部分的形状拉伸试验和冲击试验。PP粉融化,形成一个内部致密的样品使烧结部分的力学性能接近注入的部分。

4所示。结论

执行的研究是探讨dissolution-precipitation SLS方法生产PP粉,并从这一工作可以得出以下结论。(我)PP与大生产商很容易准备dissolution-precipitation粉末的方法。如果页的生产商低于10 g /(10分钟),很难形成粉末用这种方法。(2)溶解温度等制备条件,solid-to-solvent比率,和压力有重要影响粉末的颗粒尺寸和微观形状。粉的平均粒径随温度和压力的增加和减少solid-to-solvent比率。(3)准备PP粉是适合SLS。烧结部分有良好的外观质量,表面光滑,清晰的轮廓,没有扭曲变形。烧结零件的力学性能接近的注射部位。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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