2.3.3　尼龍12/金屬復(fù)合粉末材料

用金屬粉末填充尼龍SLS制件，不僅可以提高尼龍SLS制件的強(qiáng)度、模量及硬度等力學(xué)性能，而且還可以賦予成形件金屬外觀、較高的導(dǎo)熱性及耐熱性等，因而得到較為廣泛的關(guān)注。

2.3.3.1　尼龍12/覆膜鋁復(fù)合粉末材料

在SLS材料研發(fā)處于世界領(lǐng)先地位的3D Systems公司、EOS公司均推出了商品化的鋁粉填充尼龍復(fù)合粉末材料。本節(jié)提出用一種新的覆膜工藝——溶劑沉淀法來制備尼龍12覆膜鋁復(fù)合粉末，用于鋁粉增強(qiáng)尼龍SLS制件，研究了尼龍12覆膜鋁復(fù)合粉末的微觀形貌、粒徑及粒徑分布，鋁粉對尼龍12熱性能、燒結(jié)性能等的影響，以及鋁粉含量、粒徑對尼龍12 SLS制件力學(xué)性能、精度等的影響。

將尼龍12、溶劑、鋁粉及抗氧劑按比例投入帶夾套的不銹鋼反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密封，抽真空，通氮氣保護(hù)。以2℃/min的速度，逐漸升溫到150℃，使尼龍12完全溶解于溶劑中，保溫保壓2h。在劇烈攪拌下，以2℃/min的速度逐漸冷卻至室溫，使尼龍12逐漸以鋁粉顆粒為核，結(jié)晶包覆在鋁粉顆粒外表面，形成尼龍覆膜金屬粉末懸浮液。將覆膜金屬粉末懸浮液從反應(yīng)釜中取出，減壓蒸餾，得到粉末聚集體。回收的溶劑可以重復(fù)利用。得到的粉末聚集體在80℃下進(jìn)行真空干燥24h后，在球磨機(jī)中以350r/min轉(zhuǎn)速球磨15min、過篩，選擇粒徑在100μm以下的粉末，即得到尼龍覆膜鋁復(fù)合粉末材料。

圖2-25為Al/PA（50/50）的SEM照片，從圖中可以看出，Al/PA（50/50）的顆粒形狀與Al較為相似，也呈近球形。尼龍12在冷卻結(jié)晶時，以Al粉顆粒為核，逐漸包覆在Al粉顆粒的外表面，因而得到的復(fù)合粉末與Al粉的形狀相似。而且此復(fù)合粉末中顆粒表面都很粗糙，沒有發(fā)現(xiàn)具有光滑表面的顆粒，說明Al粉顆粒都被尼龍12樹脂所包覆，無裸露的Al顆粒存在。

2.3.3.2　尼龍12/Cu復(fù)合粉末材料

通過SLS技術(shù)將聚合物和金屬的復(fù)合粉末材料直接制造注塑模具，可以大大縮短制造周期并大幅度降低成本，給企業(yè)帶來效益。而且這種成形方法不受模具形狀復(fù)雜的限制，后處理工藝簡單，從而省去了機(jī)加工模具的許多復(fù)雜工序。1998年，DTM公司開發(fā)了一種適用于SLS法快速制造注塑模具的尼龍12/金屬復(fù)合材料。該復(fù)合材料中銅占70%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），尼龍12占30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），成形件密度為純尼龍12制件的3.5倍，約為3.45g/cm3，導(dǎo)熱性良好，拉伸強(qiáng)度可達(dá)34MPa，拉伸模量可達(dá)3.4GPa。該種復(fù)合材料SLS成形制得的模具無需脫脂、滲銅等工藝處理，只要對其進(jìn)行表面密封、打磨，最后再用金屬合金封裝即可投入注塑生產(chǎn)。因其價格低廉、工藝簡單，在新產(chǎn)品試制及小批量塑料制品生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

尼龍12/銅復(fù)合粉末材料采用兩種制備方法：機(jī)械混合法和溶劑沉淀覆膜法。

機(jī)械混合法制備尼龍12/銅復(fù)合粉末材料的步驟為：首先將作為基體材料的尼龍12粉末篩分至50μm以內(nèi)；再按比例加入銅粉，在球磨機(jī)內(nèi)混合2h。其中銅粉選用的是200～400目的電解銅粉，尼龍12與銅粉的質(zhì)量比為1∶（5～2），混料球與粉末原料的體積比為1∶3左右。

溶劑沉淀覆膜法制備尼龍12/銅復(fù)合粉末材料的工藝與尼龍12覆膜鋁復(fù)合粉末的制備工藝相同。

圖2-26、圖2-27、圖2-28、圖2-29分別是純尼龍12粉末、電解銅粉、尼龍12覆膜銅復(fù)合粉末和尼龍12/銅機(jī)械混合粉末的SEM照片。

從圖2-26中可看出尼龍12粉末球形顆粒較少，大多數(shù)顆粒形狀不規(guī)則，棱角分明，顆粒大小不均勻，大部分顆粒直徑在40μm，最大顆粒直徑可達(dá)50μm。

從圖2-27中可以看出，電解銅粉的粒徑很小但團(tuán)聚形成穗狀形態(tài)，團(tuán)聚體最大尺寸也在50μm左右。

在圖2-28中看不到裸露的銅粉，表明銅粉全部被尼龍12包覆，粉末形狀比較規(guī)則一致，粒徑大部分在30～50μm，最大粒徑不超過100μm。

圖2-29中大的粉末粒子是尼龍12粉末，小粉末粒子主要是銅粉團(tuán)聚體經(jīng)球磨分散后形成的，也有少量尼龍12細(xì)粉，復(fù)合粉末的分散狀態(tài)不是很均勻。