本發(fā)明涉及3D打印材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

3D打印是一種 “增材制造技術(shù)” ，它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢(shì)，被譽(yù)為 “第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具”。尼龍作為3D打印材料，具有制品燒結(jié)成型性能優(yōu)良、制品強(qiáng)度較高、質(zhì)輕等特點(diǎn)。一般情況下，通過尼龍材料打印出的物件在實(shí)際使用時(shí)極易出現(xiàn)磨損等現(xiàn)象，從而使得使用壽命大大降低。若尼龍材料成型后的耐磨損性能夠進(jìn)一步增強(qiáng)，則應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更為廣闊，可在機(jī)械、化工、儀表、汽車等工業(yè)中制造軸承、齒輪、泵葉及其他零件替代相關(guān)的金屬部件，同時(shí)在醫(yī)療和航天方面也有突出的貢獻(xiàn)。

聚酰亞胺樹脂粉末是主鏈含有酰亞胺基團(tuán)（-C(O)-N-C(O)-）的聚合物，作為一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領(lǐng)域。近來，各國都在將聚酰亞胺的研究、開發(fā)及利用列入 21世紀(jì)最有希望的工程塑料之一。聚酰亞胺的一個(gè)突出性能為在高速高壓下具有低摩擦系數(shù)，可以制成耐磨耗性能的零部件，已廣泛應(yīng)用于金剛石砂輪、高速重負(fù)荷樹脂砂輪及強(qiáng)力磨削樹脂砂輪的結(jié)合劑。

因此，尋求使用壽命長、磨損小的尼龍材料的組合物及其制備方法是亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，以聚酰亞胺樹脂粉末和尼龍為主要材料，并添加適當(dāng)助劑，產(chǎn)品粒徑分布均勻、形態(tài)規(guī)整、流動(dòng)性好、能滿足3D打印的性能要求，磨損小能延長打印產(chǎn)品的使用壽命長。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料，包括如下組分及其質(zhì)量份數(shù)：尼龍（聚酰胺，PA）粉末80-95份、聚酰亞胺樹脂粉末0.5-20份、表面改性劑0.1-2份、流動(dòng)助劑0.5-2份、抗氧化劑0.1-1份。

根據(jù)以上方案，所述尼龍為PA6、PA66、PA612、PA11、PA12、PA1010、PPA、PA46、PA6T和PA9T中的任意一種或一種以上的混合物。

根據(jù)以上方案，所述聚酰亞胺樹脂為均苯型聚酰亞胺樹脂、單醚型聚酰亞胺樹脂、雙醚酐型聚酰亞胺樹脂、聚醚酰亞胺（PEI）、聚雙馬來酰亞胺、降冰片烯二酸改性聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺中的任意一種或一種以上的混合物。

根據(jù)以上方案，所述尼龍粉末的粒徑為30-80μm，所述聚酰亞胺樹脂粉末的粒徑為10-50μm。

根據(jù)以上方案，所述表面改性劑劑為十二烷基磺酸鈉。

根據(jù)以上方案，所述流動(dòng)助劑為碳化硅、二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦中的任意一種或一種以上的混合物。

根據(jù)以上方案，所述抗氧化劑為2,2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。

一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

1）將尼龍粉末、聚酰亞胺樹脂粉末、溶劑、表面改性劑、流動(dòng)助劑及抗氧化劑投入至高壓反應(yīng)釜中；

2）通氮?dú)獗Ｗo(hù)，將高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至150-185℃，使原料融化成液體，在500-1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌10-60min，形成復(fù)合材料液體；

3）繼續(xù)將高壓反應(yīng)釜溫度升至230-260℃，在500-1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌，保溫30-180min，使得聚酰亞胺樹脂粉末固化并分散在尼龍液體中；

4）降溫沉淀析出：通過控制高壓反應(yīng)釜的攪拌速度并逐漸降溫，逐步完成復(fù)合材料的析出成型；

5）過濾：將高壓反應(yīng)釜溫度降至60℃以下，將混合溶液轉(zhuǎn)移至過濾槽，分離出固體；

6）清除溶劑：通過離心分離及真空干燥清除溶劑，得到聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末；

7）將所得聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末進(jìn)行篩分，篩選得到粒徑為40-60μm的成品聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料。

根據(jù)以上方案，所述溶劑為N,N-二甲基甲酰胺、 N,N-二甲基乙酰胺、 環(huán)己酮、 甲基環(huán)己酮、 正己醇中的任意一種或一種以上的混合物。

一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料，作為3D打印材料。

本發(fā)明的有益效果是：

1）本發(fā)明的成品聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粒徑分布均勻，粒徑范圍在40-60μm之間、形態(tài)規(guī)整、流動(dòng)性好，能作為3D打印材料，滿足3D打印的性能要求；

2）本發(fā)明的成品聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料耐磨損性能好，磨損量小能延長打印產(chǎn)品的使用壽命長；

3）本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單、操作條件溫和，便于工業(yè)化生產(chǎn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。

實(shí)施例1：

本發(fā)明提供一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料及其制備方法，包括如下步驟：

1）將PA12粉末、雙醚酐型聚酰亞胺樹脂粉末、N,N-二甲基甲酰胺、十二烷基磺酸鈉、氧化鋁及2,2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按質(zhì)量比95:3:100:1:0.5:0.5，投入至高壓反應(yīng)釜中；

2）通氮?dú)獗Ｗo(hù)，將高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至180℃，使原料融化成液體，在600轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌50min，形成復(fù)合材料液體；

3）繼續(xù)將高壓反應(yīng)釜溫度升至240℃，在600轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌，保溫120min，使得聚酰亞胺樹脂粉末固化并分散在尼龍液體中；

4）降溫沉淀析出：通過控制高壓反應(yīng)釜的攪拌速度并逐漸降溫，逐步完成復(fù)合材料的析出成型；

5）過濾：將高壓反應(yīng)釜溫度降至40℃，將混合溶液轉(zhuǎn)移至過濾槽，分離出固體；

6）清除溶劑：通過離心分離及真空干燥清除溶劑，得到聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末；

7）將所得聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末進(jìn)行篩分，篩選得到粒徑為40-60μm的成品聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料。

經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料初熔點(diǎn)為170℃，熔程為2-4℃，將所打印制備的樣件在具有一定粗糙度的表面摩擦，無肉眼可見磨損。

實(shí)施例2：

本發(fā)明提供一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料及其制備方法，包括如下步驟：

1）將PA1010粉末、均苯型聚酰亞胺樹脂粉末、N,N-二甲基甲酰胺、十二烷基磺酸鈉、二氧化硅及2,2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按質(zhì)量比85:13:100:1:0.5:0.5，投入至高壓反應(yīng)釜中；

2）通氮?dú)獗Ｗo(hù)，將高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至130℃，使原料融化成液體，在500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌60min，形成復(fù)合材料液體；

3）繼續(xù)將高壓反應(yīng)釜溫度升至230℃，在500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌，保溫180min，使得聚酰亞胺樹脂粉末固化并分散在尼龍液體中；

4）降溫沉淀析出：通過控制高壓反應(yīng)釜的攪拌速度并逐漸降溫，逐步完成復(fù)合材料的析出成型；

5）過濾：將高壓反應(yīng)釜溫度降至50℃，將混合溶液轉(zhuǎn)移至過濾槽，分離出固體；

6）清除溶劑：通過離心分離及真空干燥清除溶劑，得到聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末；

7）將所得聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末進(jìn)行篩分，篩選得到粒徑為40-60μm的成品聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料。

經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料初熔點(diǎn)為180℃，熔程為2-4℃，將所打印制備的樣件在具有一定粗糙度的表面摩擦，無肉眼可見磨損。

實(shí)施例3：

本發(fā)明提供一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料及其制備方法，包括如下步驟：

1）將PA612粉末、聚酰胺酰亞胺樹脂粉末、環(huán)己酮、十二烷基磺酸鈉、二氧化硅及2,2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按質(zhì)量比90:8:200:0.5:1:0.5，投入至高壓反應(yīng)釜中；

2）通氮?dú)獗Ｗo(hù)，將高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至150℃，使原料融化成液體，在1000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌20min，形成復(fù)合材料液體；

3）繼續(xù)將高壓反應(yīng)釜溫度升至250℃，在1000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌，保溫60min，使得聚酰亞胺樹脂粉末固化并分散在尼龍液體中；

4）降溫沉淀析出：通過控制高壓反應(yīng)釜的攪拌速度并逐漸降溫，逐步完成復(fù)合材料的析出成型；

5）過濾：將高壓反應(yīng)釜溫度降至25℃，將混合溶液轉(zhuǎn)移至過濾槽，分離出固體；

6）清除溶劑：通過離心分離及真空干燥清除溶劑，得到聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末；

7）將所得聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末進(jìn)行篩分，篩選得到粒徑為40-60μm的成品聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料。

經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料初熔點(diǎn)為175℃，熔程為2-4℃，將所打印制備的樣件在具有一定粗糙度的表面摩擦，無肉眼可見磨損。

實(shí)施例4：

本發(fā)明提供一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料及其制備方法，包括如下步驟：

1）將PA11粉末、聚醚酰亞胺樹脂粉末、甲基環(huán)己酮、十二烷基磺酸鈉、二氧化鈦及2,2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按質(zhì)量比88:10:100:0.2:1.6:0.2，投入至高壓反應(yīng)釜中；

2）通氮?dú)獗Ｗo(hù)，將高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至160℃，使原料融化成液體，在1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌20min，形成復(fù)合材料液體；

3）繼續(xù)將高壓反應(yīng)釜溫度升至260℃，在1500轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌，保溫20min，使得聚酰亞胺樹脂粉末固化并分散在尼龍液體中；

4）降溫沉淀析出：通過控制高壓反應(yīng)釜的攪拌速度并逐漸降溫，逐步完成復(fù)合材料的析出成型；

5）過濾：將高壓反應(yīng)釜溫度降至30℃，將混合溶液轉(zhuǎn)移至過濾槽，分離出固體；

6）清除溶劑：通過離心分離及真空干燥清除溶劑，得到聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末；

7）將所得聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末進(jìn)行篩分，篩選得到粒徑為40-60μm的成品聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料。

經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料初熔點(diǎn)為185℃，熔程為2-4℃，將所打印制備的樣件在具有一定粗糙度的表面摩擦，無肉眼可見磨損。

實(shí)施例5：

本發(fā)明提供一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料及其制備方法，包括如下步驟：

1）將PA6T粉末、均苯型聚酰亞胺樹脂粉末、正己醇、十二烷基磺酸鈉、碳化硅及2,2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按質(zhì)量比85:13:100:1:0.9:0.1，投入至高壓反應(yīng)釜中；

2）通氮?dú)獗Ｗo(hù)，將高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至130℃，使原料融化成液體，在700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌50min，形成復(fù)合材料液體；

3）繼續(xù)將高壓反應(yīng)釜溫度升至240℃，在700轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌，保溫150min，使得聚酰亞胺樹脂粉末固化并分散在尼龍液體中；

4）降溫沉淀析出：通過控制高壓反應(yīng)釜的攪拌速度并逐漸降溫，逐步完成復(fù)合材料的析出成型；

5）過濾：將高壓反應(yīng)釜溫度降至30℃，將混合溶液轉(zhuǎn)移至過濾槽，分離出固體；

6）清除溶劑：通過離心分離及真空干燥清除溶劑，得到聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末；

7）將所得聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末進(jìn)行篩分，篩選得到粒徑為40-60μm的成品聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料。

經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料初熔點(diǎn)為190℃，熔程為2-4℃，將所打印制備的樣件在具有一定粗糙度的表面摩擦，無肉眼可見磨損。

實(shí)施例6：

本發(fā)明提供一種耐磨損聚酰亞胺樹脂/尼龍復(fù)合材料及其制備方法，包括如下步驟：

1）將PA66粉末、聚醚型聚酰亞胺樹脂粉末、正己醇、十二烷基磺酸鈉、氧化鋁及2,2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)按質(zhì)量比94.5:0.5:100:2:2:1，投入至高壓反應(yīng)釜中；

2）通氮?dú)獗Ｗo(hù)，將高壓反應(yīng)釜內(nèi)溫度升至130℃，使原料融化成液體，在800轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下攪拌40min，形成復(fù)合材料液體；

3）繼續(xù)將高壓反應(yīng)釜溫度升至260℃，在800轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)攪拌，保溫120min，使得聚酰亞胺樹脂粉末固化并分散在尼龍液體中；

4）降溫沉淀析出：通過控制高壓反應(yīng)釜的攪拌速度并逐漸降溫，逐步完成復(fù)合材料的析出成型；

5）過濾：將高壓反應(yīng)釜溫度降至40℃，將混合溶液轉(zhuǎn)移至過濾槽，分離出固體；

6）清除溶劑：通過離心分離及真空干燥清除溶劑，得到聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末；

7）將所得聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料粉末進(jìn)行篩分，篩選得到粒徑為40-60μm的成品聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料。

經(jīng)檢測(cè)，本實(shí)施例制備的聚酰亞胺樹脂粉末/尼龍復(fù)合材料初熔點(diǎn)為170℃，熔程為2-4℃，將所打印制備的樣件在具有一定粗糙度的表面摩擦，無肉眼可見磨損。

將東莞市昊塑貿(mào)易有限公司提供的牌號(hào)為PA11的尼龍粉末，經(jīng)過打印機(jī)打印的樣條在同一個(gè)粗糙表面進(jìn)行摩擦測(cè)試，出現(xiàn)明顯磨損。

以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者同等替換，但不脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改和局部替換均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。