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1、激光烧结制备尼龙12_累托石纳米复合材料_汪艳第5期2005年10月高 分 子 学 报ACTAPOLYMERICASINICANo.5Oct.,2005激光烧结制备尼龙12Π累托石纳米复合材料汪 艳1,2333 史玉升 黄树槐11(1华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室 武汉 430074)(2武汉化工学院材料科学与工程系 武汉 430073)摘 要 将有机累托石与尼龙12粉末混合,采用激光烧结(SLS)技术制备了尼龙12Π累托石纳米复合材料,这是一种使纳米复合材料的制备与材料的成型同时进行的方法.利用X2射线衍射(XRD)、红外光谱(FT2IR)、扫描电镜(S
2、EM)等手段对复合材料的结构进行了表征,并对其力学性能及热性能进行了研究.结果表明,尼龙12分子在激光烧结过—————————————————————————————————————————————————————程中插入到累托石层间,形成的复合材料在拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等力学性能及热稳定性能方面均优于尼龙12烧结试样.关键词 选择性激光烧结,累托石,尼龙12,纳米复合材料 聚合物Π层状硅酸盐纳米复合材料因具有传统聚合物Π,优异的力学性能、热学性隔[1～4]等,应用的热点.,同蒙脱土类似是一种层状硅酸盐,层间具有可交换的水合阳离子,是为数不多的易分散成纳米级微片的
3、天[5～7]然矿物材料,本文选用累托石来制备粘土纳米复合材料.制备聚合物Π层状硅酸盐纳米复合材料的方法有多种,如单体原位聚合插层、聚合物溶液插层、聚合物熔体插层等.聚合物熔体插层工艺简单、灵活、成本低廉、适用性广,可以方便地生产出更多有价值的产品,比其它制备方法具有更多的优点.本文采用激光烧结制备尼龙Π累托石纳米复合材料,这是一种新型的熔融插层法,该方法不需要外界的强制性机械力,而且在制备纳米复合材料的同时完成材料的成型.选择性激光烧结(selectivelasersintering,SLS)技术是采用激光作为热源来烧结粉末材料成型的一种快速成型(rapid[8]proto
4、typing,RP)技术.利用该技术可将热塑性塑料粉末直接成型为任意复杂形状与结构的制品,[9]—————————————————————————————————————————————————————而不需要任何工装模具.其工艺原理如图1所示.首先,在计算机中建立所要制备试样的CAD.成型时,设定好预热温度、激、扫描速度、扫描路径、单层厚度等工艺条件,先在工作台上用辊筒铺一层粉末材料,由CO2激光器发出的激光束在计算机的控制下,根据几何形体各层横截面的CAD数据,有选择地对粉末层进行扫描,在激光照射的位置上,粉末材料熔化并凝固在一起,未被激光照射的粉末仍呈松散状,作为成型
5、件和下一层粉末的支撑;一层烧结完成后,工作台下降一截面层的高度,再进行下一层铺粉、烧结,新的一层和前一层自然地烧结在一起,全部烧结完成后除去未被烧结的多余粉末,便得到所要制备的试样.Fig.1 Schemaoftheselectivelasersinteringprocess本实验将经过有机处理剂处理的REC加入尼龙粉末,经激光烧结制备出了尼龙Π累托石纳米复合材料,利用X衍射(XRD)、红外光谱(FT2IR)、扫描电镜(SEM)等手段对材料的结构进行了表32004205213收稿,2004207202修稿;湖北省重点科技攻关项目(项目号2001A107B02);33通讯联系
6、人,E2mail:wangyan.wict@163.com683684高 分 子 学 报2005年征,并测试了复合材料的力学性能及热性能.1 实验部分111 原料—————————————————————————————————————————————————————进入了REC片层,增大了REC片层间的距离.图2(b)中,0142nm处的衍射峰为PA12的γ晶体的衍射峰.由图2(c)中可知,在尼龙12Π累托石复合材料中,累托石的层间距进一步增加到7136nm,表明尼龙12大分子进入REC片层,生成了插层复合物.尼龙选用ATOFINA公司产平均粒径为50μm的尼龙1
7、2粉末并加入复合抗氧剂;累托石为湖北钟祥产精品钠基累托石,经十八烷基季铵盐处理、干燥研磨为粒径小于200目的粉末.112 复合材料的制备将尼龙12粉末与有机累托石混合,在华中科技大学快速制造中心开发的HRPS-Ⅲ型快速成型机上直接制备尼龙12Π有机累托石复合材料测试试样,制备参数为激光功率8～10W;扫描速度112mΠs;烧结间距011mm;烧结层厚0115mm;预热温度160℃.113 测试11311 X2射线衍射(XRD) 公司制造的W2FEN100,kV,70mA,件为Cu靶,K扫描速度2°Π11312 热
