选择性激光烧结用尼龙粉末的循环利用研究

发布时间：2020-08-07 17:24

【摘要】：选择性激光烧结技术(Selective Laser Sintering,简称SLS)是一种以激光作为能源,各种粉末作为原料的3D打印技术。该技术因具有成型工艺简单、精度高、应用材料广和烧结制件的结构不受工艺限制等优点而备受关注。尼龙(PA)粉末是当前应用最普遍的SLS成型材料。PA粉末在SLS成型过程中会发生老化,回收的粉末再次烧结得到的制品性能差,表面出现了大量的“橘皮”纹理现象,从而导致PA粉末的回收利用率低、成本增加。因此PA粉末的循环利用有很大的现实研究意义。本文以PA12粉末为研究对象,主要研究内容及结果如下:由于PA12粉末的SLS成型是在氧含量特别低的情况下进行的,为了模拟PA12在SLS成型过程中的老化情况,对PA12粉末进行了真空老化研究。结果表明,老化后的PA12粉末熔体流动性出现明显的下降,分子量明显的增加,但力学性能和热性能方面变化不大有些许提升。导致回收粉循环利用率低的主要原因是老化后粉末熔体流动性的下降。采用机械共混法将烧结后的PA12回收粉末和未烧结的粉末进行共混改性,共混后的粉末熔体流动性能够得到明显改善,但对回收粉的热性能和力学性能的影响不大。为节约成本,一般采用1:1的比例进行共混。选用三种超支化树脂Hyper C100、Hyper HPN202和Hyper C181作为PA12回收粉的流变改性剂,然后运用机械共混法对其进行增塑改性。三种超支化树脂均能有效的提高PA12回收粉的熔体流动性,熔融指数随着添加量的增大而增加。Hyper HPN202具有最佳的改善效果,在添加量为1 wt%时,熔体流动指数上升了200.0%,与未添加时相比,拉伸强度有些许增加,冲击强度和弯曲模量与未添加时基本相同,维卡软化点提高了5.6℃。分别以邻苯二甲酸酐、苯胺和苯甲酸作为封端剂,采用溶剂沉淀法来制备封端的PA12粉末,并对封端改性后的粉末再进行真空老化研究。结果表明,三种封端剂均可以有效的改善PA12粉末老化过程中分子量增大、熔体流动性下降的现象。老化前后,封端的PA12粉末热性能与力学性能变化不大。其中邻苯二甲酸酐的改善效果最好。老化24小时时,未封端的PA12粉末熔体流动指数降低了62.6%,粘均分子量增加了175.6%。而邻苯二甲酸酐、苯胺和苯甲酸封端的PA12粉末熔体流动指数分别降低了17.5%、26.1%和31.8%,粘均分子量分别增加了29.1%、49.5%和62.1%。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ317;TB383.3
【图文】：

原理图,技术工艺,原理图,烧结材料

武汉工程大学硕士学位论文成果。取得的相应成果[36]有南京航空航天大学研制的 RA快速成型系统、北京隆源公司开发的 AFS-300 激光快速中科技大学研制的 HRP 激光成型系统等。S 成型技术的发展在很大的程度上来说就是烧结材料的发发展依据烧结材料的特点可以分成 2 个阶段[36]：（1）SL点材料，烧结得到制件。当前大多数烧结设备以及工艺都。（2）SLS 技术用于高熔点材料，直接烧结制造零件。择性激光烧结技术的原理S 技术工艺原理如图 1-1 所示[37-38]。

模型图,液滴,模型,粘性流动

粉末的烧结机理分的聚合物粉末材料均有着比较低的粘性流动活化能材料在烧结过程中的主要运动形式，所以聚合物粉料粘性流动[69]。Frenkel[70]于 1945 年首次提出了粘性流制认为粉末颗粒的表面张力是粘性流动烧结的驱动力的粘度会对其烧结过程产生阻碍。Frenkel 粘性流动烧[71]：单位时间内作用在液滴表面的表面张力γ所作的功起的能量弥散速率互相平衡。颗粒之间的“结合”速率性而无法准确计算，因此粉末颗粒之间的粘接过程可的对心运动来简化模拟[72]。如 1-2 图中所示，相等半从开始到点接触 t 时间后，液滴逐渐接近并形成圆形保持球形。

烧结制品

第 2 章尼龙 12 粉末的老化研究及性能表征2.1 引言PA12 粉末在 SLS 成型的过程中会发生一定程度的老化，回收后的粉料再次应用于 SLS 得到的产品会有大量的“橘皮”纹理现象出现，而且性能差、致密度低，导致制件不能得以使用。如图 2-1 所示，（a）是未老化的 PA12 粉末烧结得到的制品，（b）是回收的 PA12 粉末烧结得到的制品。可以明显看出回收粉料烧结后得到的产品表面粗糙，“橘皮”纹理现象明显。PA12 的选择性激光烧结是在氧含量特别低的环境中进行，而且设定的烧结预热温度是 170 ℃。本章旨在研究 PA12 粉末在真空环境中且温度为 170 ℃的老化效应，分析研究老化前后和随着老化时间的加长PA12 粉末各项性能的变化。

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