專利名稱：一種激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蠟粉成型材料，特別是涉及一種用于激光燒結(jié)的復(fù)合蠟粉成型材料，以及該復(fù)合蠟粉成型材料的制備方法。
背景技術(shù)：
蠟型制造是熔模精密鑄造的重要工序。目前蠟型的制造方法主要有兩種一是采用模具翻模，二是采用聚苯乙烯粉末或蠟粉通過快速成型工藝制造。模具翻模工藝過程復(fù)雜，模具設(shè)計和制造周期長。例如一套柴油機用增壓器壓氣機葉輪模具的設(shè)計和制造需要幾個月的時間，當(dāng)葉輪結(jié)構(gòu)需要改變時，原模具將白白浪費。模具的設(shè)計和制造及工藝定型成為加快新產(chǎn)品研制進程的一大制約。 由于聚苯乙烯熔點較高，在熔模鑄造過程中必須采用高溫焙燒，這樣會產(chǎn)生大量刺激性有毒氣體，對環(huán)境污染較大；另外，在焙燒過程中，由于薄壁處灰分難以清除，經(jīng)常造成零件不完整或表面質(zhì)量下降。傳統(tǒng)的快速成型用蠟粉原材料均為單一組分，在激光燒結(jié)過程中存在收縮變形大，制作的蠟?zāi)３叽缇炔畹热秉c，蠟粉成型件的線收縮率達到I 3%，致使蠟粉材料無法在激光燒結(jié)快速成型領(lǐng)域體現(xiàn)它的優(yōu)良性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料，該成型材料在激光燒結(jié)過程中收縮變形小。本發(fā)明的目的還在于提供一種該激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料的制備方法。本發(fā)明的激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料是由下述重量份數(shù)的原料組份混合得到的
雙組份蠟粉材料1000 2000
氣相二氧化娃I 10
有機膨潤土5 20
二苯甲酮類光吸收劑 5 30 非離子型抗靜電劑I 10
其中，所述的雙組份蠟粉材料是由環(huán)球軟化點為80 100°C的中分子量聚乙烯蠟與環(huán)球軟化點為60 80°C的低分子量聚乙烯蠟按照1000 :300 1000的重量比混合，經(jīng)真空干燥預(yù)收縮和液氮淬冷后制成的蠟粉材料。本發(fā)明的雙組份蠟粉材料中，低分子量聚乙烯蠟充當(dāng)了中分子量聚乙烯蠟的粘結(jié)齊U，在相同的激光能量密度下，中分子量聚乙烯蠟的熔融粘度高于低分子量聚乙烯蠟，所以中分子量聚乙烯蠟的收縮率遠小于低分子量聚乙烯蠟，經(jīng)過激光燒結(jié)后，整體零件的收縮率大大減小。進一步地，上述雙組份蠟粉材料中，優(yōu)選以平均粒徑5 20微米的中分子量聚乙烯蠟和低分子量聚こ烯蠟作為原料。上述復(fù)合蠟粉成型材料中，所述的ニ苯甲酮類光吸收劑為2，4-ニ羥基ニ苯酮、2-羥基-4-甲氧基ニ苯酮或2-羥基-4-辛氧基ニ苯酮。傳統(tǒng)的蠟粉材料在激光燒結(jié)過程中的光吸收效果不好，并導(dǎo)致燒結(jié)深度不夠，本發(fā)明加入光吸收劑后，則可以明顯改善上述狀況。本發(fā)明還在復(fù)合蠟粉成型材料中添加有抗靜電劑。本發(fā)明加入的抗靜電劑為非離子型抗靜電劑，如環(huán)烷酸甘油酯、甘露糖醇酯或山梨糖醇酯等中的ー種或幾種?？闺妱┑募尤肟梢燥@著降低塑料制品的表 面電阻，抗靜電高效、持久，與樹脂相容性適宜。本發(fā)明中加入的氣相ニ氧化硅和有機膨潤土作為表面活性劑，可以提高混合材料的流動性，使得鋪粉密度提高，從而提高了最終成型件的表面精度。本發(fā)明激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料的制備方法包括以下步驟
a)、將中分子量聚こ烯蠟與低分子量聚こ烯蠟分別于-150 -200°C低溫粉碎成平均粒徑5 20微米的蠟粉材料；
b)、按照中分子量聚こ烯蠟與低分子量聚こ烯蠟為1000:300 1000的重量比將兩種臘粉材料在混合機中混合得到混合料，所述混合機的轉(zhuǎn)速為100 500r/min ；
c)、將所述混合料于真空干燥箱中進行預(yù)收縮處理，真空干燥箱溫度50 65°C，真空度不低于KT3Pa ；
d)、預(yù)收縮處理后的混合料從真空干燥箱中取出后迅速以液氮進行淬冷；
e)、淬冷后的混合料通過100 160目篩，得到雙組份蠟粉材料；
f)、按照1000 2000重量份雙組份蠟粉材料、I 10重量份氣相ニ氧化硅、5 20重量份有機膨潤土、5 30重量份ニ苯甲酮類光吸收劑、I 10重量份非離子型抗靜電劑的比例，將上述各原料組分混合，于混合機中分散混合均勻，制得激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料。其中，所述步驟b)中，兩種蠟粉材料在混合機中的混合時間不少于30min。優(yōu)選地，本發(fā)明將兩種蠟粉材料在混合機中以間歇混合的方式進行混合，且每次混合的時間為5 20mino所述步驟c)中，將混合料在真空干燥箱溫度到達50 65°C后保溫處理5 20min，期間真空度不低于10_3Pa，以防止蠟粉氧化而沒有燒結(jié)活性。所述步驟d)中將混合料從真空干燥箱取出后迅速用液氮淬冷的目的ー是防止蠟粉氧化，ニ是通過淬冷使蠟粉進一歩收縮。淬冷后的混合蠟粉篩分通過100 160目篩，部分已粘結(jié)的物料應(yīng)再次進行低溫粉碎并通過100 160目篩。最終在混合機中以100 500r/min的轉(zhuǎn)速將原料組份分散混合均勻，制備得到復(fù)合蠟粉成型材料。本發(fā)明的激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料以雙組份蠟粉材料為主要原料，該雙組份蠟粉材料以適當(dāng)比例的中分子量聚こ烯蠟和低分子量聚こ烯蠟混合制成，并進行了預(yù)收縮和淬冷處理。預(yù)收縮的目的是通過提前熱作用，使低軟化點蠟包裹在高軟化點蠟表面，以形成核殼結(jié)構(gòu)，在激光燒結(jié)成型過程中，同樣的預(yù)熱溫度和激光功率密度下，只有殼層的低軟化點蠟料熔化，核層的高軟化點蠟料相互之間通過熔化的低軟化點蠟連接，幾乎不熔化，體積幾乎不變，導(dǎo)致成型零件的收縮率大大減小。淬冷的目的則是通過強制降溫的手段，使雙組份蠟粉材料的體積提前收縮，這樣，由于已經(jīng)提前收縮了，在激光燒結(jié)時，成型件的收縮率就會很小。通過采取上述措施，使得本發(fā)明的激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料較好的改善了普通蠟粉在激光燒結(jié)過程中產(chǎn)生的收縮、翹曲變形等問題，并且在燒結(jié)件的尺寸精度方面得到了很大的改善。使用本發(fā)明復(fù)合蠟粉成型材料制成的蠟粉成型件，線收縮率僅為O. 3
0.6%，尺寸穩(wěn)定，可以滿足高精度、大尺寸蠟型和蠟?zāi)５闹谱?。同時，在熔模鑄造過程中，具有灰分少、易脫蠟、無污染等特點，鋳造エ藝與傳統(tǒng)エ藝更為接近，在制作高精度蠟型、鋳造用蠟?zāi)７矫鎽?yīng)用廣泛。
具體實施例方式實施例I
將環(huán)球軟化點80 100°C的中分子量聚こ烯蠟和環(huán)球軟化點60 80°C的低分子量聚こ烯蠟分別在低溫冷凍粉碎設(shè)備中-150°C粉碎，過500目篩。取粉碎好的中分子量聚こ烯臘IKg,低分子量聚こ烯臘300g,放入混合機中，以100r/min的轉(zhuǎn)速低速混合20min,停機5min后,再以300r/min的轉(zhuǎn)速高速混合15min。將混合料裝入真空干燥箱中，抽真空至10_4Pa，升溫至50°C，保溫20min。從真空干燥箱中取出混合料，迅速用液氮淬冷。將淬冷后的物料過160目標(biāo)準(zhǔn)篩,制得雙組分臘粉材料。在上述雙組分蠟粉材料中添加氣相ニ氧化硅3g、有機膨潤土 5g、2，4- ニ羥基ニ苯酮5g、環(huán)烷酸甘油酯lg，在混合機內(nèi)以200r/min的轉(zhuǎn)速混合均勻，過160目標(biāo)準(zhǔn)篩，制成激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料。實施例2
將環(huán)球軟化點80 100°C的中分子量聚こ烯臘和環(huán)球軟化點60 80°C的低分子量聚こ烯蠟分別在低溫冷凍粉碎設(shè)備中-200°C粉碎，過500目篩。取粉碎好的中分子量聚こ烯臘IKg,低分子量聚こ烯臘500g,放入混合機中，以300r/min的轉(zhuǎn)速混合20min,停機5min,再以300r/min的轉(zhuǎn)速混合20min。將混合料裝入真空干燥箱中，抽真空至10_4Pa，升溫至55°C，保溫15min。從真空干燥箱中取出混合料，迅速用液氮淬冷。將淬冷后的物料過160 目標(biāo)準(zhǔn)篩，制得雙組分臘粉材料。在上述雙組分蠟粉材料中添加氣相ニ氧化硅5g、有機膨潤土 10g、2_羥基-4-辛氧基ニ苯酮10g、環(huán)燒酸甘油酯3g,在混合機內(nèi)以250r/min的轉(zhuǎn)速混合均勻，過160目標(biāo)準(zhǔn)篩，制成激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料。實施例3
將環(huán)球軟化點80 100°C的中分子量聚こ烯臘和環(huán)球軟化點60 80°C的低分子量聚こ烯蠟分別在低溫冷凍粉碎設(shè)備中-200°C粉碎，過500目篩。取粉碎好的中分子量聚こ烯臘IKg,低分子量聚こ烯臘700g,放入混合機中，以500r/min的轉(zhuǎn)速混合IOmin,停機3min,再以200r/min的轉(zhuǎn)速混合20min。將混合料裝入真空干燥箱中，抽真空至10_4Pa，升溫至60°C，保溫lOmin。從真空干燥箱中取出混合料，迅速用液氮淬冷。將淬冷后的物料過160目標(biāo)準(zhǔn)篩，制得雙組分臘粉材料。在上述雙組分蠟粉材料中添加氣相ニ氧化硅Sg、有機膨潤土 15g、2，4- ニ羥基ニ苯酮15g、甘露糖醇酯5g,在混合機內(nèi)以300r/min的轉(zhuǎn)速混合均勻，過160目標(biāo)準(zhǔn)篩,制成激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料。實施例4
將環(huán)球軟化點80 100°C的中分子量聚こ烯臘和環(huán)球軟化點60 80°C的低分子量聚 こ烯蠟分別在低溫冷凍粉碎設(shè)備中-150°C粉碎，過500目篩。取粉碎好的中分子量聚こ烯臘IKg,低分子量聚こ烯臘900g,放入混合機中，以400r/min的轉(zhuǎn)速混合4次,姆次IOmin,期間間歇5min。將混合料裝入真空干燥箱中，抽真空至10_4Pa，升溫至65°C，保溫8min。從真空干燥箱中取出混合料，迅速用液氮淬冷。將淬冷后的物料過160目標(biāo)準(zhǔn)篩，制得雙組分蠟粉材料。在上述雙組分蠟粉材料中添加氣相ニ氧化硅10g、有機膨潤土 20g、2_羥基-4-甲氧基ニ苯酮30g、山梨糖醇酯IOg,在混合機內(nèi)以150r/min的轉(zhuǎn)速混合均勻，過160目標(biāo)準(zhǔn)篩，制成激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料。
權(quán)利要求
1.一種激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料，是由下述重量份數(shù)的原料組份混合得到 雙組份蠟粉材料1000 2000 氣相ニ氧化娃I 10 有機膨潤土5 20 ニ苯甲酮類光吸收劑 5 30 非離子型抗靜電劑 I 10 其中，所述的雙組份蠟粉材料是由環(huán)球軟化點為80 100°C的中分子量聚こ烯蠟與環(huán)球軟化點為60 80°C的低分子量聚こ烯蠟按照1000 :300 1000的重量比混合，經(jīng)真空干燥預(yù)收縮和液氮淬冷后制成的蠟粉材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合蠟粉成型材料，其特征是所述中分子量聚こ烯蠟和低分子量聚こ烯蠟的平均粒徑均為5 20微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合蠟粉成型材料，其特征是所述的ニ苯甲酮類光吸收劑為2，4- ニ羥基ニ苯酮、2-羥基-4-甲氧基ニ苯酮或2-羥基-4-辛氧基ニ苯酮。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合蠟粉成型材料，其特征是所述的的非離子型抗靜電劑為環(huán)烷酸甘油酷、甘露糖醇酯或山梨糖醇酯中的ー種或幾種。
5.一種激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料的制備方法，包括以下步驟 a)、將中分子量聚こ烯蠟與低分子量聚こ烯蠟分別于-150 -200°C低溫粉碎成平均粒徑5 20微米的蠟粉材料； b)、按照中分子量聚こ烯蠟與低分子量聚こ烯蠟為1000:300 1000的重量比將兩種臘粉材料在混合機中混合得到混合料，所述混合機的轉(zhuǎn)速為100 500r/min ； c)、將所述混合料于真空干燥箱中進行預(yù)收縮處理，真空干燥箱溫度50 65°C，真空度不低于KT3Pa ； d)、預(yù)收縮處理后的混合料從真空干燥箱中取出后迅速以液氮進行淬冷； e)、淬冷后的混合料通過100 160目篩，得到雙組份蠟粉材料； f)、按照1000 2000重量份雙組份蠟粉材料、I 10重量份氣相ニ氧化硅、5 20重量份有機膨潤土、5 30重量份ニ苯甲酮類光吸收劑、I 10重量份非離子型抗靜電劑的比例，將上述各原料組分混合，于混合機中分散混合均勻，制得激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合蠟粉成型材料的制備方法，其特征是所述步驟b)中，所述兩種蠟粉材料在混合機中的混合時間不少于30min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合蠟粉成型材料的制備方法，其特征是將所述兩種蠟粉材料在混合機中進行間歇混合，毎次混合時間5 20min。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合蠟粉成型材料的制備方法，其特征是所述步驟c)中，將所述混合料在真空干燥箱中保溫處理5 20min。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合蠟粉成型材料的制備方法，其特征是所述步驟f)中，混合機轉(zhuǎn)速為100 500r/min。
全文摘要
一種激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料，由雙組份蠟粉材料、氣相二氧化硅、有機膨潤土、二苯甲酮類光吸收劑和非離子型抗靜電劑混合組成，其中的雙組份蠟粉材料由環(huán)球軟化點80～100℃的中分子量聚乙烯蠟與環(huán)球軟化點為60～80℃的低分子量聚乙烯蠟混合后，經(jīng)真空干燥預(yù)收縮和液氮淬冷后制成。本發(fā)明激光燒結(jié)用復(fù)合蠟粉成型材料在激光燒結(jié)過程中的收縮、翹曲變形等問題得以改善，燒結(jié)件尺寸精度得到提升，制成的蠟粉成型件線收縮率僅為0.3～0.6%，尺寸穩(wěn)定，可以滿足高精度、大尺寸蠟型和蠟?zāi)５闹谱鳌?br> 文檔編號C08K3/36GK102850808SQ20121034598
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者王建宏, 張慧芳, 高建峰, 徐宏 申請人:中北大學(xué)