一種粒徑可控的聚醚酰亞胺超微粉體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種粒徑可控的聚醚酰亞胺超微粉體的制備方法，屬于3D打印粉體技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]聚醚酰亞胺最早是在20世紀(jì)七十年代研制成功，并在八十年代初實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛，包括電子電工、航空航天等，主要被制成高強(qiáng)度的機(jī)械零部件，耐腐蝕、耐輻射的特殊制件。聚醚酰亞胺能夠被廣泛應(yīng)用的原因在于其擁有十分出色的性能，從分子鏈的角度來(lái)說(shuō)它是在聚酰亞胺鏈上引入醚鍵形成的一類高聚物，屬于非結(jié)晶性聚合物，具有較高的熔點(diǎn)，在力學(xué)性能耐熱性能、耐輻射性能、阻燃性能以及高溫下的尺寸穩(wěn)定性能與一般的芳雜環(huán)聚合物相似，但是其加工性能與其他芳雜環(huán)聚合物相比卻十分突出。
[0003]近些年來(lái)3D打印技術(shù)的發(fā)展十分迅速，在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。3D打印耗材的種類與其成型原理有著密切的關(guān)系，其中選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(即SLS技術(shù))的耗材是粉體材料，主要包括高分子材料粉體以及金屬、陶瓷粉體，其中高分子材料主要包括尼龍、PS、PP、PLA、ABS以及PETG等，但是它們的綜合性能都不是很強(qiáng)，比如尼龍材料吸水性太強(qiáng)；ABS材料和PETG材料在打印大面積產(chǎn)品時(shí)容易起翹；PLA材料打印的產(chǎn)品抗沖擊性能較低，強(qiáng)度較低；PP材料的耐熱性能不好，抗靜電性能差等等。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的是克服上述缺陷，本發(fā)明通過(guò)噴霧法制備經(jīng)過(guò)碳納米管改性的粒徑在40?60um的聚醚酰亞胺粉體，使其在擁有本身出色性能的基礎(chǔ)上還能克服高分子材料所不具備的導(dǎo)熱和抗靜電性能。通過(guò)改變聚乙烯吡咯烷酮的添加量和攪拌速度來(lái)控制聚醚酰亞胺粉體的粒徑從而制成適合3D打印的超微粉體。
[0005]本發(fā)明提供的一種粒徑可控的聚醚酰亞胺超微粉體的制備方法，具體包括以下步驟:
[0006](I)酸化碳納米管的制備，將原始碳納米管加入到配制好的濃硫酸和濃硝酸混合溶液中，并超聲分散0.5?Ih后，放入到具有一定溫度的油浴中攪拌反應(yīng)一段時(shí)間；最后將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水洗至中性，并抽濾、烘干，即得到酸化的碳納米管；
[0007](2)將步驟(I)酸化好的碳納米管與聚醚酰亞胺一同加入到溶劑中，超聲分散一段時(shí)間后在100?130°C油浴中高速攪拌直至聚醚酰亞胺完全溶解；之后用霧化噴霧器將上面得到的溶液噴霧到高速攪拌中的含有聚乙烯吡咯烷酮的溶液中；在最終得到的混合物體系中，析出的含有碳管的聚醚酰亞胺微球?yàn)榉稚⑾?，其表面包覆有聚乙烯吡咯烷酮；最后?jīng)過(guò)水洗、抽濾和干燥后即可得到抗靜電的聚醚酰亞胺微球。
[0008]上述步驟(I)所述制備酸化碳納米管的方法中，混合溶液中濃硫酸和濃硝酸質(zhì)量比優(yōu)選為1:1，起到提高碳管分散性的作用，其與原始碳管的質(zhì)量比優(yōu)選為40:1。
[0009]上述步驟(I)所述制備酸化碳納米管的方法中，油浴溫度在125?145°C。
[0010]上述步驟(2)所述制備抗靜電聚醚酰亞胺超微粉體的方法中，碳納米管起到提高聚醚酰亞胺導(dǎo)電性的作用，添加量為聚醚酰亞胺的0.5?4wt%，優(yōu)選為Iwt%。
[0011]上述步驟(2)所述制備抗靜電聚醚酰亞胺超微粉體的方法中，聚醚酰亞胺占碳納米管、聚醚酰亞胺和溶劑混合物的10?30wt%。
[0012]上述步驟⑵所述制備抗靜電聚醚酰亞胺超微粉體的方法中，溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺中的一種。
[0013]上述步驟(2)所述制備抗靜電聚醚酰亞胺超微粉體的方法中，聚乙烯吡咯烷酮起到包覆析出的聚醚酰亞胺使其穩(wěn)定分散成球的作用，添加量為聚醚酰亞胺的20?80wt%。
[0014]上述步驟(2)所述制備抗靜電聚醚酰亞胺超微粉體的方法中，聚乙烯吡咯烷酮溶液，其溶劑為去離子水、乙醇、甲醇中的一種，起到降低聚醚酰亞胺溶解度從而析出的作用，聚乙烯吡咯烷酮溶液用量?jī)?yōu)選為碳納米管、聚醚酰亞胺和溶劑所組成混合物的100?300wt% ο
[0015]上述步驟(2)所述制備抗靜電聚醚酰亞胺超微粉體的方法中，高速攪拌，起到及時(shí)分散聚醚酰亞胺微球，避免微球團(tuán)聚的作用，其轉(zhuǎn)速為500?700r/min。
[0016]本發(fā)明首先將碳納米管加入到濃硫酸和濃硝酸組成的混合溶劑中，超聲后放入油浴中加熱反應(yīng)，再將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水水洗至中性，得到酸化碳納米管。將聚醚酰亞胺和酸化碳納米管加入到溶劑中加熱溶解，隨后用霧化噴霧器噴霧到聚乙烯吡咯烷酮溶液中，最終得到粒徑在40?60um且摻有碳納米管的聚醚酰亞胺微球。本發(fā)明方法制得的聚醚酰亞胺微球可作為3D打印的原材料。
[0017]用此方法得到的聚醚酰亞胺粉體材料在用于3D打印時(shí)，不但有出色的加工性能，而且得到的制件與金屬制件相比有更輕的重量，且并不遜色的性能表現(xiàn)。與其他用于3D打印的高分子材料相比則擁有更強(qiáng)的力學(xué)性能、抗沖擊性能、耐高溫、耐輻射、耐形變以及導(dǎo)熱和抗靜電性能?？捎糜谥圃鞆?qiáng)度高和尺寸穩(wěn)定的連接件、高精度光纖元件等等。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為實(shí)施例1的掃描電鏡圖；
[0019]圖2為實(shí)施例2的掃描電鏡圖；
[0020]圖3為實(shí)施例3的掃描電鏡圖；
[0021]圖4為實(shí)施例5的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0022]本發(fā)明提供一種粒徑可控的聚醚酰亞胺超微粉體的制備方法。首先配制濃硫酸和濃硝酸質(zhì)量比為I的混合溶液，將一定質(zhì)量的碳納米管加入到混合溶液中超聲分散一段時(shí)間后，放入到一定溫度的油浴中攪拌反應(yīng)Ih后將產(chǎn)物用去離子水洗至中性，并抽濾、烘干，得到酸化的碳納米管。再將聚醚酰亞胺和酸化碳納米管加入到溶劑中，超聲分散一段時(shí)間后放入油浴中加熱攪拌直至完全溶解，隨后用霧化噴霧器將聚醚酰亞胺溶液噴霧到攪拌中的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，最后經(jīng)過(guò)抽濾、干燥從而得到碳納米管改性的聚醚酰亞胺微球。
[0023]以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不僅限于以下實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例1:
[0025](I)酸化碳納米管的制備:首先將0.05g原始碳納米管加入1.0mL/1.0mL濃硫酸/濃硝酸混合溶液中，然后放入超聲波清洗器里超聲分散0.5h，盡量使碳管分散均勻。之后在140°C油浴中攪拌加熱并冷凝回流lh，反應(yīng)停止后用去離子水清洗碳納米管至pH呈中性，最后抽濾、干燥得到酸化碳納米管。
[0026](2)聚醚酰亞胺超微粉體的制備:室溫下，將4.5g聚醚酰亞胺和0.045g酸化碳納米管加入到25.5g N, N- 二甲基乙酰胺中，并用超聲波清洗器超聲分散5min后，放入130°C油浴中且在200r/min條件下攪拌至完全溶解。同時(shí)將0.9g聚乙烯吡咯烷酮溶解在59.1g去離子水中，在550r/min條件下攪拌至完全溶解。隨后用霧化噴霧器將聚醚酰亞胺溶液噴霧到攪拌中的聚乙烯吡咯烷酮溶液里，之后將析出的微球抽濾水