一種缺陷誘導化學鍍工藝製備3D列印用金屬顆粒/聚合物複合粉體的方法與流程

2024-03-31 00:56:05 1

本發明涉及化學鍍及複合材料製備領域，特別涉及到一種缺陷誘導化學鍍工藝製備3D列印用金屬顆粒/聚合物複合粉體的方法。

背景技術：

近些年來，化學鍍作為表面強化的途徑，因其操作簡單和成本低等優點已引起廣泛重視和不斷發展。化學鍍金屬包覆聚合物粉體是指以聚合物粉體為核心，以金屬包覆其表面而得到的金屬顆粒/聚合物複合粉體。這種金屬顆粒/聚合物複合粉體由於具有優良的導電性能、良好的力學性能、以及電磁學和光學等方面的優異性質，在3D列印行業有著廣泛的應用價值。

目前金屬包覆聚合物粉體製備金屬顆粒/聚合物複合粉體的製備方法有機械混合法、溶膠凝膠法、化學鍍法、非均相沉澱法等，而化學鍍法由於其製備工藝簡單，流程易於控制，可以在任何基體表面都能製備出均勻、孔隙率低、厚度可控的金屬鍍層受到了廣泛的關注。

目前應用較廣的粉體表面化學鍍工藝主要是化學鍍液中的金屬離子在還原劑的作用下沉積到聚合物表面，從而實現聚合物表面區域選擇性化學鍍。例如，專利200780011903.8公開了導電性非電解電鍍粉體及其製造方法。此方法是將芯材粉體與三聚氰胺樹脂的初期縮合物接觸，進行該初期縮合物的聚合反應，利用三聚氰胺樹脂中的氨基吸附催化劑，從而實現化學鍍。該方法採用聚合物單體通過聚合反應在粉體表面引入活性基團，工藝複雜，且聚合物同粉體表面縮合反應很難實現粉體表面完全包裹，用該種方法得到的複合粉體附著力差。

再如專利：02131262.1公開了粉體表面金屬化的方法。此方法首先粉體經過鉻酐的溶液粗化；然後經氯化亞錫鹽酸溶液敏化，氯化鈀溶液活化；最後進行粉體表面化學鍍覆金屬層。其中粗化、敏化和活化過程均在酸性條件下，該種工藝不能實現如粉煤灰、碳酸鈣、碳酸鎂等粉體的表面化學鍍。因此現有聚合物粉體表面化學鍍還存在著很多不足之處，化學鍍製備金屬顆粒/聚合物複合粉體方法有待改善。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有粉體表面化學鍍方法的不足，提供一種適用於各種聚合物粉體、工藝簡單且環保的缺陷誘導化學鍍工藝製備3D列印用金屬顆粒/聚合物複合粉體的方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種缺陷誘導化學鍍工藝製備3D列印用金屬顆粒/聚合物複合粉體的方法，包含以下步驟：

(1)將聚合物粉體加入80～110℃的酸性刻蝕液中浸泡10～50min，清洗、離心；

(2)將步驟(1)所得刻蝕後的聚合物粉體採用輔助工藝進行化學鍍，化學鍍時間為20～60min，化學鍍鍍液的溫度為30～60℃，化學鍍後水洗，60℃乾燥40min，得到3D列印用金屬顆粒/聚合物複合粉體。

優選地，製備方法中，所述步驟(1)中聚合物粉體為尼龍粉體、聚丙烯粉體、聚乙烯粉體、聚亞苯基硫醚粉體、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物粉體中的至少一種。

優選地，製備方法中，所述步驟(1)中酸性刻蝕液為醋酸、甲酸和硫酸中的至少一種。

優選地，製備方法中，所述步驟(2)中化學鍍包括化學鍍銅、化學鍍鎳、化學鍍鈷和化學鍍銀中的至少一種。

優選地，製備方法中，所述步驟(2)中化學鍍的輔助工藝包括超聲、微波加熱、水熱法中的至少一種。

同時，將上述方法製備的複合粉體進行分級，選擇粒徑為50～80μm的粉體作為原料可進行3D產品的列印。

與現有技術相比，本發明的優點表現在：

1、本發明採用酸刻蝕聚合物粉體，形成缺陷誘導化學鍍，製備工藝簡單，成本低，可以實現連續化生產。

2、本發明製備的產品中金屬顆粒均勻包覆在聚合物粉體表面，且包覆的粉體附著力強，易分散。

3、本發明方案得到的複合粉體材料可提高3D列印製件的力學性能，且潤溼性和流動性好。其選擇性燒結性能優異，在3D列印領域有著廣泛的應用。

具體實施方式

以下對本發明實施做進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護範圍。該領域的技術人員根據上述本發明內容對本發明作出一些非本質的改進和調整，均視為本發明的保護範圍之內。

實施例1

將醋酸加熱到80℃，將乾燥的聚乙烯粉體加入醋酸溶液中浸泡，時間為10min，取出後用去離子水清洗一次，再離心。

配置化學鍍鎳鍍液，鍍液組分為：NiSO4·7H2O(15g/L)、NaH2PO2·H2O(15g/L)、Na3C6H5O7·2H2O(8g/L)、NH4Cl(18g/L)。將離心後的聚乙烯粉體浸入30℃的化學鍍鎳鍍液中超聲施鍍20min。化學鍍鎳後，用去離子水清洗，在烘箱中60℃乾燥40min，即得到缺陷誘導化學鍍工藝製備3D列印用鎳顆粒/聚乙烯複合粉體。

以粒徑為50～80μm的鎳顆粒/聚乙烯複合粉體為原料，採用3D列印技術製備的成型件外觀顏色均勻、力學性能優良，拉伸強度為3MPa。

實施例2

將甲酸加熱到90℃，將乾燥的聚丙烯粉體加入甲酸溶液中浸泡，時間為20min，取出後用去離子水清洗一次，再離心。

配製化學鍍銅鍍液，鍍液組分為：NiSO4·7H2O(1g/L)、CuSO4·5H2O(24g/L)、NaH2PO2·H2O(55g/L)、Na3C6H5O7·2H2O(1.5g/L)、H3BO3(70g/L)。將離心後的聚丙烯粉體浸入40℃的化學鍍銅鍍液中微波加熱施鍍30min。化學鍍銅後，用去離子水清洗，在烘箱中60℃乾燥40min，即得到缺陷誘導化學鍍工藝製備3D列印用銅顆粒/聚丙烯複合粉體。

以粒徑為50～80μm的銅顆粒/聚丙烯複合粉體為原料，採用3D列印技術製備的成型件外觀顆粒均勻、力學性能優良，拉伸強度為4MPa。

實施例3

將醋酸加熱到100℃，將乾燥的尼龍粉體加入醋酸溶液中浸泡，時間為30min，取出後用去離子水清洗一次，再離心。

配置化學鍍鎳鍍液，鍍液組分為：NiSO4·7H2O(15g/L)、NaH2PO2·H2O(15g/L)、Na3C6H5O7·2H2O(8g/L)、NH4Cl(18g/L)。將離心後的尼龍粉體浸入50℃的化學鍍鎳鍍液中超聲施鍍40min。化學鍍鎳後，用去離子水清洗，在烘箱中60℃乾燥40min，即得到缺陷誘導化學鍍工藝製備3D列印用鎳顆粒/尼龍複合粉體。

以粒徑為50～80μm的鎳顆粒/尼龍複合粉體為原料，採用3D列印技術製備的成型件外觀顆粒均勻、力學性能優良，拉伸強度為4MPa。

實施例4

將硫酸加熱到100℃，將乾燥的聚亞苯基硫醚粉體加入硫酸溶液中浸泡，時間為40min，取出後用去離子水清洗一次，再離心。

配製化學鍍銀鍍液，鍍液組分為：AgNO3(29g/L)、NH3·H2O(4g/L)、和HCHO(55g/L)。將離心後的聚亞苯基硫醚粉體浸入60℃的化學鍍銀液中水熱施鍍50min。化學鍍銀後，用去離子水清洗，在烘箱中60℃乾燥40min，即得到缺陷誘導化學鍍工藝製備3D列印用銀顆粒/聚亞苯基硫醚複合粉體。

以粒徑為50～80μm的銀顆粒/聚亞苯基硫醚複合粉體為原料，採用3D列印技術製備的成型件外觀顆粒均勻、力學性能優良，拉伸強度為4MPa。

實施例5

將醋酸加熱到110℃，將乾燥的丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物粉體加入醋酸溶液中浸泡，時間為50min，取出後用去離子水清洗一次，再離心。

配置化學鍍鈷鍍液，鍍液組分為：CoCl2(25g/L)、NaH2PO2·H2O(25g/L)、Na3C6H5O7·2H2O(55g/L)、NH4Cl(45g/L)、H3BO3(25g/L)。將離心後的丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物粉體浸入60℃的化學鍍鈷鍍液中超聲施鍍60min。化學鍍鈷鍍後，用去離子水清洗，在烘箱中60℃乾燥40min，即得到缺陷誘導化學鍍工藝製備3D列印用鈷顆粒/丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物複合粉體。

以粒徑為50～80μm的鈷顆粒/丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物複合粉體為原料，採用3D列印技術製備的成型件外觀顆粒均勻、力學性能優良，拉伸強度為4MPa。