PA12粉末在3D打印（SLS技术）中的应用：关键性能与制备方法解析

发布时间 | 2026-01-22 11:31 分类 | 粉体应用技术点击量 | 82

干燥

导读：如何获得理想的SLS成型件？浅谈关键材料PA12粉末特性与制备工艺

PA12（聚酰胺12，Polyamide12），俗称尼龙12，是一种长碳链的半结晶聚合物，具有较低的熔融温度、吸水率和成型收缩率，同时具备良好的力学性能、耐化学腐蚀性和尺寸稳定性，被广泛应用于汽车部件、光纤护套及军械设备等领域。在3D打印领域，选择性激光烧结（SLS）技术广泛采用PA12粉末作为原料，其通常粒径在10~100μm之间，且具有较高的球形度，以确保良好的流动性、均匀辅粉和较高的成形精度。

PA12在3D打印中的应用

PA12在3D打印中的应用（来源：网络）

一、PA12的特性

1、分子结构与基本物性

PA12是一种长碳链尼龙（聚十二内酰胺），是半结晶热塑性聚合物。其基本原料是丁二烯，来源于石油化工。PA12作为PA基材料中酰胺基团含量最少的材料，其结构特点直接决定了其低吸水率、较低的熔融温度、柔韧性与耐化学性的优异性能。

PA粉末

PA粉末（来源：赢创）

基于其物性，PA12在选择性激光烧结（SLS）3D打印中表现突出，成为目前SLS3D打印技术中应用最广泛且不可替代的核心材料：

（1）宽烧结窗口：其起始熔融温度与起始结晶温度之间的区间（即烧结窗口）较宽，可有效减小试样成形时的应力，使得翘曲量最小；

（2）成型收缩率小：得益于低吸水率和材料特性，由PA12烧结成型的零件尺寸精度高；

（3）成型件性能优异：当烧结温度在熔融温度以上时，半结晶热塑性聚合物单独的粉末颗粒完全熔化消失，SLS工艺能得到结构致密、强度高、耐磨性好的制件，可直接作为功能部件使用。

（a）具有工艺温度“烧结窗口”性质的典型DSC热谱图；（b）PA12断裂表面的SEM图

2、市场信息

目前，全球PA12市场主要由赢创（Evonik）、阿科玛（Arkema）、宇部兴产（UBE）和EMS等少数几家国际化工巨头主导。以万华化学为代表的中国企业的PA12产品已进入稳定量产和市场导入阶段，并在多个应用领域对进口产品实现了初步替代。

二、影响PA12粉末烧结的特性

1、粉末颗粒形状

SLS成型技术尽量选择形貌规则的球形或类球形PA12粉末作为成型原料。当粉末颗粒形状不规则（长条或扁平）时，其流动性差，在工作台上铺粉时分布不均匀，导致烧结件孔隙多、力学性能下降；而球形或类球形粉末具有较好的流动性，铺粉时能分散均匀，有利于提高烧结速度和成型件的尺寸精度、表面光洁度，减少内部缺陷。

2、粉末颗粒尺寸

粉末颗粒直径需适配SLS工艺设定。当颗粒过大时，会超过设定的铺粉厚度导致铺粉辊无法正常工作，干扰铺粉过程；还会导致烧结时颗粒间孔隙多，成型件收缩大、致密度低，表面粗糙。颗粒过小时，易产生静电，导致粉末团聚并粘附在铺粉辊上，同样无法均匀铺粉。

综合工艺要求，最适合SLS工艺的PA12粉末粒径通常集中在10~100μm之间，且粒径分布以正态分布为佳。

三、PA12粉末的制备方法

为了获得粒径分布在10~100μm以及形状规则的类球形PA12粉末材料，合适的制备方法至关重要。常用的制备方法为以下四种：乳液聚合法、深冷粉碎法、溶剂沉淀法以及热致相分离法。

（1）溶剂沉淀法

其基本原理为将聚合物材料在高温高压下溶解于特定溶剂（如乙醇或甲酸）中，然后通过改变温度或加入不良溶剂，使其结晶沉淀，从而得到PA12粉末。

此法制备所得粉末通常为类球形，粒径分布较均匀。但需要在高温高压的严苛条件下进行，能耗高、工艺复杂。且溶解温度直接影响粉末粒径大小及分布，温度越高体系的压力越大，增加了工艺控制的难度和风险。

溶剂沉淀法制备PA12粉末示意图

（2）乳液聚合法

通过加入乳化剂将单体分散形成乳液进行聚合，在聚合反应发生后进行破乳、洗涤、干燥等步骤最终获得PA粉末。该方法工艺较繁琐、生产成本较高，乳化剂易残留，且制备的PA粉末形貌不规则、存在拉丝的行为。

细乳液法合成PA6纳米粒子的工艺

（3）深冷粉碎法

深冷粉碎法利用PA12等聚合物在脆化温度（Tb）以下变脆的特性进行机械粉碎。其过程为：使用液氮将PA12粒料冷却至其脆化温度（-70℃）以下并保持，然后进行机械粉碎。粉碎时温度越低，粉末粒径越小。

该方法工艺流程简单、可连续生产，但也存在明显不足。需消耗大量液氮并依赖专用冷却设备，成本与能耗高；所得粉末形貌不规则、粒径分布宽，通常需经过多次筛分与反复粉碎才能满足SLS工艺要求，增加了后处理复杂度。

机械粉碎设备示意图

（4）热致相分离法

热致相分离法（TIPS）常用来制作聚合物微孔膜，近年来开始用于聚合物粉末的制备。制备过程为：将聚合物与稀释剂在高温下溶解，通过改变温度降低使体系发生液液（L-L）相分离或者固液（S-L）相分离，最终聚合物随着温度的降低结晶固化析出。TIPS法仅通过改变温度便可调节相分离过程，能快速且经济高效的制备球形粉末。

聚合物/稀释剂混合体系的平衡相图