一種導(dǎo)熱功能材料的熔融沉積成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于快速成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)熱功能材料的熔融沉積成型方 法。 (二）
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)熱材料是一種常用的功能材料，在生活中隨處可見。聚合物基導(dǎo)熱復(fù)合材料因 其具有良好的導(dǎo)熱性能以及優(yōu)良的電絕緣性，被廣泛運用于機(jī)械、電子、家電等行業(yè)。目前 高分子基導(dǎo)熱功能材料多采用注塑成型的方法，制件性能好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，然而注塑成 型在新產(chǎn)品研發(fā)中具有周期長，模具成本高等缺點，特別是在復(fù)雜制件的研發(fā)中需要消耗 大量的人力物力。
[0003] 恪融沉積成型（Fused Deposition Molding，F(xiàn)DM)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的 一種先進(jìn)制造技術(shù)，基于離散/堆積原理，將三維模型切片后逐層堆積成型三維實體。熔融 沉積成型不同于傳統(tǒng)的車、刨、銑等減式加工方法，是一種自動化，數(shù)字化，高精度的增材制 造技術(shù)。該成型方法通過實體掃描或利用AutoCAD、Pro-E等軟件設(shè)計模型后在相應(yīng)軟件 中切片形成加工路徑，在熔融沉積成型機(jī)械中逐層堆積成型。因其具有可成型復(fù)雜形狀，速 度快等優(yōu)點，大大縮短了對新產(chǎn)品設(shè)計、成型、評估的周期，從而被廣泛應(yīng)用于建筑、醫(yī)療、 航空、汽車家電工業(yè)及通訊電子等領(lǐng)域。目前熔融沉積成型材料一般有ABS工程塑料、工程 蠟、PA、PLA及部分塑料合金，其中應(yīng)用最廣泛的為ABS工程塑料，他們都具有適宜的熔融溫 度和較好的熔融流動性，適合FDM成型。但ABS工程塑料材料的導(dǎo)熱性能差，僅適合成型工 業(yè)模型，而不適合應(yīng)用于有高導(dǎo)熱要求的領(lǐng)域，故很大程度上限制了熔融沉積成型技術(shù)的 應(yīng)用發(fā)展。
[0004] 結(jié)合工業(yè)應(yīng)用和研發(fā)對高效節(jié)能減牦的追求和FDM成型應(yīng)用推廣的需求，本發(fā)明 提出通過熔融沉積技術(shù)成型導(dǎo)熱功能器件。通過熔融共混法制備具有一定填充量的導(dǎo)熱復(fù) 合材料，將材料拉制成滿足FDM成型要求的均勻絲材，進(jìn)而成型得到需要的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的功 能制件。這一發(fā)明為機(jī)械、電子、家電等行業(yè)功能元器件的設(shè)計和研發(fā)的提供助力，節(jié)約成 本。 (三）

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種導(dǎo)熱功能材料的熔融沉積成型方法，所述方法按如下步驟進(jìn)行：
[0007] (1)將偶聯(lián)劑在醇水混合液中分散，得到偶聯(lián)劑醇水溶液，將導(dǎo)熱填料粉體與偶聯(lián) 劑醇水溶液混合，充分?jǐn)嚢杈鶆?，?jīng)恒溫干燥箱干燥，得到偶聯(lián)后的導(dǎo)熱填料備用；其中，所 述偶聯(lián)劑為γ-氨基丙基三甲氧基硅烷（ΚΗ540)、 γ-氨丙基三乙基硅烷（KH550)或鈦酸酯 偶聯(lián)劑；所述導(dǎo)熱填料粉體為Al2O3粉、Al粉或AlN粉；所述偶聯(lián)劑與導(dǎo)熱填料粉體的質(zhì)量 比為0· 2~I :100 ;
[0008] (2)將步驟⑴所得偶聯(lián)后的導(dǎo)熱填料與聚合物基體，在攪拌機(jī)中混合攪拌后，在 雙螺桿擠出機(jī)中于200~250°C混煉并擠出造粒，得到導(dǎo)熱復(fù)合顆粒料；其中，所述聚合物 基體為尼龍12(PA12);所得導(dǎo)熱復(fù)合顆粒料中，所述偶聯(lián)后的導(dǎo)熱填料的質(zhì)量百分含量為 55wt%~70wt%，所述聚合物基體的質(zhì)量百分含量為30wt%~45wt% ;
[0009] (3)將步驟（2)所得導(dǎo)熱復(fù)合顆粒料在單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)中，于230~ 250°C條件下拉制成直徑均勻一致的絲條；
[0010] (4)將步驟（3)制備的絲條在熔融沉積成型機(jī)中成型，即得導(dǎo)熱功能材料。
[0011] 本發(fā)明導(dǎo)熱功能材料的熔融沉積成型方法，其中，步驟（1)所述醇水混合液中，醇 與水的質(zhì)量比可以為1 :〇. 25~3,優(yōu)選醇與水的質(zhì)量比為1 :1，并且所述醇為乙醇；推薦所 述醇水混合液的體積用量以導(dǎo)熱填料的質(zhì)量計為0. 20~0. 30mL/g。
[0012] 步驟⑴所述導(dǎo)熱填料粉體的粒徑通常為0. 1~5 μπι ;優(yōu)選導(dǎo)熱填料粉體的粒徑 為 0· 1 ~3 μπι。
[0013] 步驟（1)所述經(jīng)恒溫干燥箱干燥的方法優(yōu)選為：在70°C干燥2~4h，再于110°C 干燥4~8h。當(dāng)干燥時間過短，則水分會有殘留，影響后面混煉時聚合物的性能；當(dāng)干燥時 間過長，填料會變硬，影響后面混煉過程中填料的分散。
[0014] 步驟（2)所述的聚合物基體材料要求熔融溫度不高于200°C，且有良好的熔融流 動性，優(yōu)選尼龍12 (PA12)，將其在恒溫干燥箱中干燥后備用。
[0015] 步驟（2)所得導(dǎo)熱復(fù)合顆粒料中，推薦所述偶聯(lián)后的導(dǎo)熱填料的質(zhì)量百分含量 為55wt%~70wt%，當(dāng)含量低于55wt%，導(dǎo)熱性能太低而限制了其應(yīng)用，當(dāng)填料含量高于 70wt%，則拉制的絲條流動性太低不利于后期的熔融沉積成型。
[0016] 步驟（2)所述偶聯(lián)后的導(dǎo)熱填料與聚合物基體在攪拌機(jī)中混合攪拌時，優(yōu)選所述 攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速為800~2000rpm，攪拌時間為5~15min。
[0017] 步驟（2)所述在雙螺桿擠出機(jī)中混煉并擠出造粒時，優(yōu)選所述雙螺桿擠出機(jī)的螺 桿轉(zhuǎn)速為200~320rpm。
[0018] 同時，步驟（2)所得導(dǎo)熱復(fù)合顆粒料中偶聯(lián)后的導(dǎo)熱填料與聚合物基體的質(zhì)量比 例不同時，在熔融指數(shù)儀中，于230°C、IOkg條件下測試各不同比例導(dǎo)熱復(fù)合顆粒料的熔融 流動性（參照GB/T3682-2000)，一般地，要求導(dǎo)熱復(fù)合顆粒料的熔融指數(shù)不低于120g/min。
[0019] 并且，通過萬能試驗機(jī)測試各不同比例導(dǎo)熱復(fù)合顆粒料注塑成型試樣的拉伸強(qiáng)度 (參照GB/T1040-2006)，通過沖擊試驗機(jī)測試沖擊強(qiáng)度（參照GB/T1843-2008)，其中，注塑 成型的主要工藝參數(shù)為：250°C，70MPa。
[0020] 步驟（3)將所述導(dǎo)熱復(fù)合顆粒料在單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)中拉絲，推薦溫 度為230~250°C，當(dāng)拉絲溫度低于230°C，絲條表面粗糙，當(dāng)拉絲溫度高于250°C，因流動性 太好使得絲條直徑不一致。優(yōu)選所述擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速為200~320rpm，所得絲條直徑為 1. 7~I. 8_，具有良好的抗彎抗折能力，且表面光滑，外形均勾圓直。
[0021] 優(yōu)選步驟（4)所述絲條在熔融沉積成型機(jī)中成型的溫度是230°C。
[0022] 本發(fā)明所述導(dǎo)熱功能材料的熔融沉積成型工藝，能夠制得導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能良 好的導(dǎo)熱功能器件，并且制件外形規(guī)整，顯微結(jié)構(gòu)致密，改變了目前FDM工藝所制材料單一 的缺陷，因此，對熔融沉積成型技術(shù)從單一到多材質(zhì)功能化推廣有著重要的意義。 (四）【附圖說明】
[0023] 圖1是實施例10所得到的FDM成型樣品。 (