DE102019219086A1 - Material for processing in the selective laser sintering process, use of the material and moldings made from it - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Material als Ausgangsstoff für das SLS-Verfahren, das neben besonderen, geforderten Flammschutzeigenschaften gleichzeitig optimale Verarbeitbarkeit im SLS Verfahren sowie optimale mechanische Eigenschaften wie Bruchdehnung, Zugfestigkeit und/oder Elastizität einem daraus im SLS Verfahren hergestellten Formkörper verleiht. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen flammwidrigen Formkörper, der im Selektiven Laser Sinterverfahren, kurz SLS-Verfahren genannt, herstellbar ist und insbesondere die Brandschutzanforderungen nach DIN 45545 erfüllt. Durch die Erfindung ist es erstmals möglich, aus einem amorphen Compound, erhältlich durch Compoundierung amorpher Polymere, ein amorphes pulverförmiges Ausgangsmaterial für die Verwendung in einem SLS-Pulverbett zur Herstellung eines Formkörpers mit teilkristallinen Anteilen herzustellen. Durch die Verarbeitung des pulverförmigen Ausgangsmaterials im SLS-Verfahren werden flammwidrige Formkörper, wie sie Teil von Innen- und/oder Außenverkleidung von Fahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen sein können, aber auch Teil von Gebäuden, Gehäusen, und oder sonstiger Produkte.The invention relates to a material as a starting material for the SLS process, which, in addition to special, required flame retardant properties, gives a molded article produced therefrom in the SLS process as well as optimal mechanical properties such as elongation at break, tensile strength and / or elasticity. The invention also relates to a flame-retardant molded body which can be produced using the selective laser sintering process, or SLS process for short, and which in particular meets the fire protection requirements of DIN 45545. The invention makes it possible for the first time to use an amorphous compound, obtainable by compounding amorphous polymers, to produce an amorphous powdery starting material for use in an SLS powder bed to produce a molded body with partially crystalline components. By processing the powdery starting material in the SLS process, flame-retardant moldings, as they can be part of the interior and / or exterior cladding of vehicles, rail vehicles, ships, aircraft, but also part of buildings, housings, and or other products.
Description
Die Erfindung betrifft ein Material als Ausgangsstoff für das SLS-Verfahren, das neben besonderen, geforderten Flammschutzeigenschaften gleichzeitig optimale Verarbeitbarkeit im SLS Verfahren sowie optimale mechanische Eigenschaften wie Bruchdehnung, Zugfestigkeit und/oder Elastizität einem daraus im SLS Verfahren hergestellten Formkörper verleiht. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen flammwidrigen Formkörper, der im Selektiven Laser Sinterverfahren, kurz SLS-Verfahren genannt, herstellbar ist und insbesondere die Brandschutzanforderungen nach DIN 45545 erfüllt.The invention relates to a material as a starting material for the SLS process which, in addition to special, required flame retardant properties, gives a molded article produced therefrom in the SLS process as well as optimal mechanical properties such as elongation at break, tensile strength and / or elasticity. The invention also relates to a flame-retardant molded body which can be produced using the selective laser sintering process, or SLS process for short, and which in particular meets the fire protection requirements of DIN 45545.
Das Material gemäß der Erfindung dient beispielsweise zur Herstellung eines Formkörpers, der für die Branche Mobilität geeignet ist, also einen Teil der Innenverkleidung eines Fahrzeugs, wie insbesondere Schienenfahrzeugs, Autos oder Flugzeugs, bildet. Dabei ist neben der reinen Flammwidrigkeit auch der Aspekt des Schutzes der Passagiere und/oder des Personals vor Rauch und/oder toxischen Gasen im Falle eines Brandes zu berücksichtigen, wie in der DIN Norm EN 45545 festgelegt.The material according to the invention is used, for example, to produce a molded body that is suitable for the mobility industry, that is, it forms part of the interior lining of a vehicle, such as a rail vehicle, automobile or aircraft in particular. In addition to pure flame retardancy, the aspect of protecting passengers and / or staff from smoke and / or toxic gases in the event of a fire must also be taken into account, as specified in DIN standard EN 45545.
Als SLS-Verfahren wird ein Prozess bezeichnet, bei dem Kunststoff in Pulverform, in einem Bauraum, dort im so genannten Pulverbett vorliegend, schichtweise bevorzugt vollständig aufgeschmolzen und/oder in den thermoplastischen Randbereichen angeschmolzen wird, dies insbesondere ohne Einsatz von Bindern, sondern nur durch Bestrahlen mit einem Laser, wobei nach Erstarrung ein Formkörper mit hoher Dichte entsteht.The SLS process refers to a process in which plastic in powder form is preferably completely melted in layers in a construction space, there in the so-called powder bed, and / or melted in the thermoplastic edge areas, in particular without the use of binders, but only through Irradiation with a laser, resulting in a molded body with high density after solidification.
In einem SLS-Verfahren wird das pulverförmige Ausgangsmaterial durch einen Laser, beispielsweise einen CO2 Laser, einen Nd:YAG Laser und/oder einen sonstigen Laser, gemäß einem vorgegebenen Bauteilplan im Pulverbett vorliegend aufgeschmolzen. Dabei herrscht im Bauraum eine definierte Temperatur vor. Der dafür geeignete Temperaturbereich wird über den Heiß-Kristallisationspunkt und den Schmelzpunkt des pulverförmigen Ausgangsmaterials vorgegeben.In an SLS process, the powdery starting material is melted using a laser, for example a CO 2 laser, an Nd: YAG laser and / or another laser, in accordance with a specified component plan in the powder bed. A defined temperature prevails in the installation space. The temperature range suitable for this is specified via the hot crystallization point and the melting point of the powdery starting material.
Im Bauraum herrscht während des SLS Verfahrens eine erhöhte Temperatur von beispielsweise 150°C, oder mehr, insbesondere kann die Temperatur aber auch bis zu 380°C betragen.During the SLS process, there is an increased temperature of 150 ° C or more in the installation space, but in particular the temperature can also be up to 380 ° C.
Semi-kristalline Kunststoffe sind für die Verarbeitung/Verwendung im Selektiven Laser Sinter Verfahren (SLS Verfahren) besonders geeignet, zeigen aber mangelnde Brandschutzeigenschaften. Durch Zugabe von Brandschutz-Additiven können die Brandschutzeigenschaften verbessert werden, was allerdings die mechanischen Eigenschaften der im SLS erzeugten Formkörper deutlich beeinträchtigt.Semi-crystalline plastics are particularly suitable for processing / use in the selective laser sintering process (SLS process), but have poor fire protection properties. By adding fire protection additives, the fire protection properties can be improved, which, however, significantly affects the mechanical properties of the moldings produced in the SLS.
Nachteilig an der bislang bekannten Technik ist insbesondere, dass das nach der Herstellung im Pulverbett verbleibende, so genannte „Alt-Pulver“ zu zumindest 50% Masseanteile mit frischen, noch nicht im Bauraum gewesenem Pulver versetzt werden muss, damit die mechanischen Eigenschaften, insbesondere auch die Formstabilität des gefertigten Formkörpers und nicht zuletzt auch die Oberflächenqualität - Stichwort „Orangenhaut“ des flammwidrig gefertigten Formkörpers erhalten wird.The disadvantage of the previously known technology is in particular that the so-called "old powder" remaining in the powder bed after production, at least 50% by weight, has to be mixed with fresh powder that has not yet been in the installation space, so that the mechanical properties, in particular also the dimensional stability of the manufactured molded body and, last but not least, the surface quality - keyword "orange peel" of the flame-retardant manufactured molded body is preserved.
Tests haben gezeigt, dass beim Einsatz von - PEK - „Polyetherketon“ in einer „Teilkristallinität“ von ca. 20% bis 60% Masseanteile kristallin vorliegend, das Altpulver sogar zu 100% nach Durchführung eines SLS Verfahrend entsorgt werden muss (Fa. EOS, PEK, „PEEK HP3“).Tests have shown that when - PEK - "polyether ketone" is used in a "partial crystallinity" of approx. 20% to 60% mass fraction crystalline, the old powder even has to be disposed of 100% after an SLS process has been carried out (company EOS, PEK, "PEEK HP3").
Stand der Technik, beispielsweise der
Aus der
Bei der Verarbeitung eines Materials zum SLS-fähigen Kunststoff-Compound nach dem Stand der Technik - wie er beispielsweise aus der
Nachteilig an dem bislang bekannten Stand der Technik ist, dass zumindest ein Ausgangsstoff zur Herstellung des Compounds teilkristallin vorliegen muss, damit das Temperaturfenster für die Bauraum-Temperatur der Vorrichtung zur Durchführung des SLS-Verfahrens feststellbar ist. Teilkristalline Polymere sind jedoch teuer in der Anschaffung und komplizierter in der Handhabung als amorphe Polymere.The disadvantage of the prior art known to date is that at least one starting material for producing the compound must be partially crystalline so that the temperature window for the installation space temperature of the device for performing the SLS process can be determined. However, partially crystalline polymers are expensive to purchase and more complicated to use than amorphous polymers.
Nach der
Nachteilig am Stand der Technik zur Herstellung flammwidriger Bauteile im SLS-Verfahren ist darüber hinaus der extensive Materialverbrauch und fehlende Nachhaltigkeit, da in der Regel nur ca. 20% Masseanteile des im Pulverbett vorhandenen Pulvers tatsächlich zu einem Bauteil verarbeitet werden. Abgesehen davon sind auch die zusätzlichen Prozessschritte zur Entsorgung und die anfallenden Kosten, sowie der zusätzliche Materialverbrauch nachteilig am bekannten Stand der Technik zur Herstellung flammwidriger Kunststoff-Bauteile im SLS Verfahren.Another disadvantage of the state of the art for producing flame-retardant components using the SLS process is the extensive consumption of materials and the lack of sustainability, since usually only around 20% of the powder present in the powder bed is actually processed into a component. Apart from this, the additional process steps for disposal and the costs incurred, as well as the additional material consumption, are disadvantageous in the known state of the art for the production of flame-retardant plastic components in the SLS process.
Die schlechte Wiederverwertbarkeit des Pulvers liegt zum großen Teil auch an der Teilkristallinität des im Pulverbett des Bauraums gelagerten Pulvers. Nach bisherigen technischwissenschaftlichen Erkenntnissen liegt für eine erfolgreiche Herstellung eines Bauteils im SLS Verfahren grundsätzlich ein Pulver mit zumindest teilkristallinem Anteil, möglicherweise auch im Blend mit amorphen Pulvern, im Pulverbett vor. Dies insbesondere deshalb, weil für die Verarbeitung im SLS Verfahren ein Prozess-Temperaturfenster für das Pulver im Pulverbett definiert wird, innerhalb dessen das Aufschmelzen und Wieder-Erstarren des Pulvers durch den Laserstrahl erfolgt (
Die bekannten pulverförmigen Ausgangsmaterialien liefern im SLS-Verfahren immer einen großen Ausschuss, weil wegen der hohen Anteile an teilkristallinem Polymer im Material des Pulverbetts und der hohen Bauraumtemperatur das nicht verbaute Pulver des Pulverbetts nicht oder nur zu geringen Anteilen für ein weiteres SLS-Verfahren einsetzbar ist.The known powdery starting materials always result in a large number of rejects in the SLS process because, due to the high proportions of partially crystalline polymer in the material of the powder bed and the high installation space temperature, the unused powder of the powder bed cannot be used, or only in small proportions, for another SLS process .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Material zur Herstellung eines Pulvers für die Verwendung im SLS Verfahren anzugeben, das wenig Ausschuss bei der Verarbeitbarkeit SLS Verfahren zurücklässt und gleichzeitig im SLS Verfahren zur Herstellung flammwidriger Bauteile geeignet ist.The object of the present invention is therefore to provide a material for the production of a powder for use in the SLS process that leaves little scrap in the processability of the SLS process and at the same time is suitable for the production of flame-retardant components in the SLS process.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Material zur Herstellung eines pulverförmigen Ausgangsmaterials zur Verwendung in einem SLS-Pulverbett, zumindest ein erstes Polymer, das ein amorph vorliegendes Polyaryletherketon ist und ein zweites Polymer, das ein amorphes Polymer aus der Gruppe der intrinsisch flammwidrigen Thermoplasten ist, enthaltend, wobei erstes und zweites Polymer im Material jeweils in einer Menge von 5 Gew% bis 95Gew%, bezogen auf die Polymersubstanz des pulverförmigen Ausgangsmaterials, vorliegen. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung des Materials im SLS-Verfahren, insbesondere im SLS-Verfahren unter erhöhter, z.B. bevorzugt zumindest 150°C betragender, Bauraum-Temperatur. Schließlich ist noch ein Formkörper, insbesondere ein flammwidriger Formkörper mit teilkristallinen Anteilen, herstellbar durch Verarbeitung des Materials im SLS-Verfahren bei erhöhter Bauraum-Temperatur, Gegenstand der Erfindung.The present invention therefore relates to a material for the production of a powdered starting material for use in an SLS powder bed, at least one first polymer, which is an amorphous polyaryletherketone and a second polymer, which is an amorphous polymer from the group of intrinsically flame-retardant thermoplastics, containing, wherein the first and second polymer in the material are each present in an amount of 5% by weight to 95% by weight, based on the polymer substance of the powdery starting material. In addition, the subject matter of the invention is the use of the material in the SLS process, in particular in the SLS process at an elevated installation space temperature, e.g. preferably at least 150 ° C. Finally, a molded body, in particular a flame-retardant molded body with partially crystalline components, can be produced by processing the material in the SLS process at an increased installation space temperature.
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass amorphe Polymere zwar nicht so eindeutig diskrete Temperatur-Fenster zeigen wie teil-kristalline Polymere zeigen, allerdings einen Glasübergangspunkt haben, aus dem sich eine Mindest-Prozess-Temperatur ableiten lässt. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass trotz der fehlenden Teilkristallinität durch den SLS-Prozess, durchgeführt an amorphem Ausgangsmaterial ein flammwidriger Formkörper mit nachweislich teilkristallinen Anteilen herstellbar ist.The general knowledge of the invention is that although amorphous polymers do not show discrete temperature windows as clearly as partially crystalline polymers show, they do have a glass transition point from which a minimum process temperature can be derived. In addition, it could be shown that despite the lack of partial crystallinity due to the SLS process, carried out on amorphous starting material, a flame-retardant molded body with demonstrably partially crystalline proportions can be produced.
Beim SLS Verfahren wurde bislang - wie in
Vorliegend wird das Prinzip der prozessinduzierten Morphologie-Transformation ausgenutzt, wobei zumindest zwei amorph vorliegende polymere Verbindungen miteinander compoundiert werden. Der hervorgehende Compound zeigt eindeutig keine teilkristallinen Anteile. In weiteren Pulverisierungsmaßnahmen entsteht daraus ein amorphes Pulver, das ebenfalls keine teilkristallinen Anteile umfasst, sondern komplett als amorphes Pulver vorliegt.In the present case, the principle of process-induced morphology transformation is used, wherein at least two amorphous polymeric compounds are compounded with one another. The resulting compound clearly shows no partially crystalline components. In further pulverization measures, an amorphous powder is created from this, which likewise does not contain any partially crystalline components, but is present entirely as an amorphous powder.
Durch Einbringen dieses amorphen pulverförmigen Ausgangsmaterials in das Pulverbett einer SLS-Vorrichtung wird durch die Wärmeexposition im Bauraum in Zusammenwirkung mit der Laserexposition eine Morphologietransformation in der Schmelze realisiert, so dass ein Formkörper mit teilkristallinen Anteilen durch den SLS-Prozess herstellbar ist.By introducing this amorphous powdery starting material into the powder bed of an SLS device, a morphology transformation is implemented in the melt through the heat exposure in the installation space in conjunction with the laser exposure, so that a molded body with partially crystalline components can be produced using the SLS process.
Das umgebende Pulver, welches keine Laserexposition erfahren hat, also das Rest- und/oder Altpulver, verbleibt in der amorphen Morphologie und zeigt im Gegensatz zu bekannten Pulvern mit teilkristallinen Anteilen im Pulverbett keine signifikanten Alterungserscheinungen, sondern kann problemlos wiederverwendet werden.The surrounding powder, which has not been exposed to the laser, i.e. the residual and / or old powder, remains in the amorphous morphology and, in contrast to known powders with partially crystalline components in the powder bed, does not show any significant signs of aging, but can be reused without any problems.
Die gefertigten Formkörper weisen zudem hohe Brandschutzeigenschaften sowie gleichzeitig gute und ausreichende mechanische Eigenschaften, Formtreue und gute Oberflächenqualität auf.The molded bodies produced also have high fire protection properties and, at the same time, good and adequate mechanical properties, dimensional accuracy and good surface quality.
Unter „Compoundieren“ wird vorliegend verstanden, wenn ein Material, das mindesten zwei verschiedene amorphe Polymere, die Compoundpartner, umfasst, in mindestens einem Verarbeitungs- und/oder Compoundierschritt über ein Aufschmelzen der mindestens ein Polymer (Polymer- oder Polymergemisch) umfassenden Polymermatrix zu einem homogenen und einheitlichen neuen Material compoundiert wird. Das Compound kann natürlich weitere Polymere und/oder Polymergemische und/oder weitere Zusatzstoffe wie Additive, Füllstoffe und ähnliches zur Herstellung des Formkörpers umfassen.“Compounding” is understood here when a material that comprises at least two different amorphous polymers, the compound partner, comprises in at least one processing and / or compounding step by melting the at least one polymer (polymer or polymer mixture) into a polymer matrix homogeneous and uniform new material is compounded. The compound can of course comprise further polymers and / or polymer mixtures and / or further additives such as additives, fillers and the like for producing the shaped body.
Unter „Material“ wird vorliegend das erfindungsgemäße Material, zumindest zwei amorph vorliegende Polymerbestandteile, einer davon ein intrinsisch flammwidriges thermoplastisches Polymer, umfassend, verstanden. Bevorzugt liegen die beiden Polymer im Verhältnis 95:5 Gew% bis 5:95 Gew% vor.In the present case, “material” is understood to mean the material according to the invention, comprising at least two amorphous polymer components, one of which comprises an intrinsically flame-retardant thermoplastic polymer. The two polymers are preferably present in a ratio of 95: 5% by weight to 5:95% by weight.
Dieses Material wird - nach der Compoundierung - zur Herstellung eines Pulvers, das im SLS-Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere von intrinsisch flammwidrigen Formkörpern nach DIN 45545, einsetzbar ist, verwendet.After compounding, this material is used to produce a powder which can be used in the SLS process for the production of moldings, in particular intrinsically flame-retardant moldings according to DIN 45545.
Als „amorph“ wird vorliegend ein Polymer bezeichnet, bei dem nicht mehr als 10Gew% kristalline Anteile im Feststoff des Polymers vorliegen. Dieser Zustand wird im Allgemeinen durch eine Differential Scanning Calorimetry - „DSC“-Messung, die sich für die Feststellung von Schmelz- und/oder Glasübergangstemperaturen bei Kunststoffen eignet, nachgewiesen. Das hier in Rede stehende amorphe Pulver zeigt in der DSC einen Glasübergangsbereich, aber weder eine Nachkristallisation noch ein Schmelzbereich.In the present case, “amorphous” is a polymer in which no more than 10% by weight of crystalline components are present in the solid of the polymer. This condition is generally verified by a differential scanning calorimetry - "DSC" measurement, which is suitable for determining the melting and / or glass transition temperatures of plastics. The amorphous powder in question here shows a glass transition region in the DSC, but neither post-crystallization nor a melting range.
Das erste Polymer ist zumindest ein amorph vorliegendes Polyaryletherketon „PAEK“, wie beispielsweise ein Polyetherketonketon PEKK, Polyetherketon PEK, Polyetheretherketon PEEK. Diese Polymere können einzeln und in beliebigen Mischungen und Kombinationen als erstes amorphes Polymer eingesetzt werden. Diese PAEKs zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei der Verarbeitung im SLS-Verfahren unter erhöhter Bauraum-Temperatur, beispielsweise mindestens 150°C, einen Formkörper mit nachweisbarer Teilkristallinität ergeben.The first polymer is at least one amorphous polyaryletherketone “PAEK”, such as, for example, a polyetherketoneketone PEKK, polyetherketone PEK, polyetheretherketone PEEK. These polymers can be used individually and in any desired mixtures and combinations as the first amorphous polymer. These PAEKs are distinguished by the fact that when they are processed in the SLS process at an increased installation space temperature, for example at least 150 ° C., they result in a molded body with demonstrable partial crystallinity.
PEKK ist dabei besonders bevorzugt, welches amorphen Charakter hat und diesen im Compound/Pulver bis zur SLS Verarbeitung beibehält. Man findet auch nicht bei der zweiten Aufheizung in der DSC - siehe dazu
Als zweites Polymer liegt zumindest ein amorphes Polymer aus der Gruppe der intrinsisch flammwidrigen Thermoplaste vor, beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe folgender Polymere: Polyetherimid „PEI“, Polyethersulfon „PESU“, Polyphenylensulfon „PPSU“, und/oder Polysulfon „PSU“. Diese Polymere können auch wieder einzeln und in beliebigen Mischungen und Kombinationen als zweites amorphes Polymer eingesetzt werden.The second polymer is at least one amorphous polymer from the group of intrinsically flame-retardant thermoplastics, for example selected from the group of the following polymers: polyetherimide “PEI”, polyether sulfone “PESU”, polyphenylene sulfone “PPSU”, and / or polysulfone “PSU”. These polymers can also be used again individually and in any desired mixtures and combinations as the second amorphous polymer.
Das pulverförmige Ausgangsmaterial für das SLS-Verfahren aus diesen beiden Polymeren, gegebenenfalls mit Zusatzstoffen und/oder weiteren Polymeren, ist zur Verwendung im SLS-Pulverbett bei hoher Beständigkeit des im Bauraum gelagerten, aber keiner Lasereinstrahlung ausgesetzten Pulvers, verwendbar.The powdery starting material for the SLS process from these two polymers, optionally with additives and / or other polymers, can be used in the SLS powder bed with high resistance of the powder stored in the installation space but not exposed to laser radiation.
Unter dem Begriff „Zusatzstoffe“ fallen einerseits prozessverbessernde Additive, wie z.B. für die Rieselfähigkeit, diese werden in einer Menge, deutlich unter 5 Gew%, meistens bei 1 bis 2 Gew%, bezogen auf 100 Masseanteile des pulverförmigen Ausgangsmaterials, die zumindest zwei amorphen Polymere umfassend, zugesetzt.The term “additives” includes, on the one hand, process-improving additives, such as for flowability, these are at least two amorphous polymers in an amount well below 5% by weight, mostly 1 to 2% by weight, based on 100 parts by weight of the powdery starting material comprehensive, added.
Andererseits werden darunter auch funktionelle Zusatzstoffe, die das Eigenschaftsprofil verändern, verstanden, diese werden beispielsweise in einer Menge von 5 bis 70Gew% wie Füll- und Verstärkungsstoffe, wie z.B. Glasfasern, C-Fasern, etc., welche das Eigenschaftsprofil sequenziell deutlich verbessern können, zugesetzt.On the other hand, this also includes functional additives that change the property profile, these are, for example, in an amount of 5 to 70% by weight such as fillers and reinforcing materials, such as glass fibers, C fibers, etc., which can significantly improve the property profile sequentially, added.
Zusatzstoffe in Form von prozessverbessernden Additiven liegen im Bereich von <5Gew.-%, wohingegen Zusatzstoffe in Form von funktionellen Füllstoffen im Bereich von bis zu 70 Gew%, insbesondere von 5-65Gew.-%, bevorzugt bei SLS Pulvern im Bereich von ca. 15-30Gew.-% zugesetzt sein können.Additives in the form of process-improving additives are in the range of <5% by weight, whereas additives in the form of functional fillers in the range of up to 70% by weight, in particular 5-65% by weight, preferably in the range of approx. 15-30% by weight can be added.
Durch die Compoundierung werden die Zusatzstoffe in eine polymere Matrix eingebettet und/oder sie werden dem Pulver als Trockenmischung direkt vor der Auftragung ins Pulverbett, zugegeben.As a result of the compounding, the additives are embedded in a polymer matrix and / or they are added to the powder as a dry mixture directly before application to the powder bed.
Egal wie, kann man sowohl im Pulver des Pulverbetts als auch am fertigen Formkörper die Polymersubstanz in Form der polymeren Matrix erkennen, die aus den zumindest zwei amorphen Polymeren im pulverförmigen Ausgangsmaterial gemäß der Erfindung gebildet ist und die nach Masse- und/oder Gewichtsanteilen analysiert werden kann. Die in der Erfindung angegebenen Gewichtsprozente, in denen erstes und zweites Polymer vorliegen, beziehen sich auf diese Polymersubstanz.Regardless of how, both in the powder of the powder bed and on the finished molded body, the polymer substance can be seen in the form of the polymeric matrix, which is formed from the at least two amorphous polymers in the powdery starting material according to the invention and which are analyzed according to mass and / or weight proportions can. The percentages by weight given in the invention in which the first and second polymer are present relate to this polymer substance.
Beispiel 1:Example 1:
Wie in
Das zur DSC Messung eingesetzte Messgerät ist ein DSC Q100 V9.9 Build 303 der Firma TA „Texas Instruments“, wobei die Heizrate 10K/min betrug.The measuring device used for the DSC measurement is a DSC Q100 V9.9 Build 303 from TA “Texas Instruments”, the heating rate being 10K / min.
PEI aus dem Beispiel 1 ist ein intrinsisch flammwidrig amorph vorliegender Thermoplast, der gemäß der Erfindung mit zumindest einer zweiten, polymeren und amorph vorliegenden Substanz, einem Polyaryletherketon, zur Herstellung des Materials eingesetzt wird.PEI from Example 1 is an intrinsically flame-retardant, amorphous thermoplastic which, according to the invention, is used with at least one second, polymeric and amorphous substance, a polyaryletherketone, to produce the material.
Beispiel 2: Reines Polyetherketonketon:Example 2: Pure polyether ketone ketone:
Wie aus der Messung ersichtlich, zeigt die Nachkristallisation einen Peak bei 244,7°C (Onset bei 223,4°C) und eine Enthalpie von -9,4J/g. Übergangslos beginnt der Schmelzbereich mit einem Peak (?) bei 292,0 (Onset 274,2°C) und einer Schmelzenthalpie von 11,2J/g. Da Nachkristallisationsenthalpie und Schmelzenthalpie nahezu gleich sind, ist klar, dass das Material vor dem Aufschmelzen amorph vorlag.As can be seen from the measurement, the post-crystallization shows a peak at 244.7 ° C. (onset at 223.4 ° C.) and an enthalpy of -9.4 J / g. The melting range begins smoothly with a peak (?) At 292.0 (onset 274.2 ° C) and a melting enthalpy of 11.2J / g. Since the enthalpy of recrystallization and enthalpy of fusion are almost the same, it is clear that the material was amorphous before melting.
Teilkristalline Polymere zeigen im Zustand maximal erreichbarer Teilkristallinität keine Nachkristallisation während der DSC Messungen - 1.Aufheizung. Wenn sie im Zustand einer teilweisen Teilkristallinität vorliegen, insbesondere bei schnellen Abkühlvorgängen, zeigen sie Nachkristallisation bei der 1.Aufheizung, in einem Bereich in welchem die, aufgrund der schnellen Abkühlung, eingefrorenen Molekülketten beweglich werden und sich zu teilkristallinen Bereichen zusammenschließen. Energetisch betrachtet besteht die Schmelzenergie aus einerseits der Energie die nachkristallisierten Bereiche wieder zu „ent-teilkristallisieren“ (Energieaufnahme) und andererseits der Energie, die bereits davor vorliegenden (vor der Nachkristallisation) teilkristallinen Bereiche aufzuschmelzen. Sind nun Nachkristallisationsenthalpie und Schmelzenthalpie betragsmäßig nahezu gleich, bedeutet dies, dass es keine teilkristallinen Bereiche vor der ersten Aufschmelzung gab.Partially crystalline polymers in the state of maximum achievable partial crystallinity do not show any post-crystallization during the DSC measurements - 1st heating. If they are in a state of partial partial crystallinity, especially in the case of rapid cooling processes, they show post-crystallization during the 1st heating, in an area in which the molecular chains frozen due to the rapid cooling become mobile and join together to form partially crystalline areas. From an energetic point of view, the melting energy consists on the one hand of the energy to "de-partially crystallize" the recrystallized areas again (energy absorption) and on the other hand of the energy to melt the partially crystalline areas that were already present (before the recrystallization). If the amount of post-crystallization enthalpy and melting enthalpy are almost the same, this means that there were no partially crystalline areas before the first melting.
Üblicherweise wird der (Teil-)Kristallinitätsgrad Xc über die Differenz der Beträge von Schmelzenthalpie ΔHs und Nachkristallisationsenthalpie ΔHnk, sowie einem max. Teilkrisallinitätswert - dieser umfasst die gemessene Schmelzenthalpie ΔHs und eine approximierte Schmelzenthalpie - hundertprozentig kristallinem Materials ΔH0 - zu ΔHs/ΔH0 berechnet:
Die Pulverkorngrößen des zur Verarbeitung im SLS-Verfahren aus dem Compound hergestellten Pulvers liegen in dem für das SLS-Verfahren üblichen Bereich von kleiner 100µm, insbesondere im Bereich von 30µm bis 80 µm, insbesondere um die 50µm. Besonders geeignet sind Pulverformen, die eine gewisse Fließfähigkeit zeigen, damit sie im Pulverbett, beispielsweise mit einer Rakel, besser verarbeitbar sind. Dazu liegen gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Pulverkörner in abgerundeter Form vor.The powder grain sizes of the powder produced from the compound for processing in the SLS process are in the range of less than 100 μm customary for the SLS process, in particular in the range from 30 μm to 80 μm, in particular around 50 μm. Powder forms that have a show a certain flowability so that they can be better processed in the powder bed, for example with a doctor blade. For this purpose, according to an advantageous embodiment of the invention, the powder grains are in a rounded shape.
Die Dichte des zur Herstellung des Compounds eingesetzten Materials liegt vorzugsweise im Bereich von 1 g/cm3 bis 2g/cm3 insbesondere im Bereich von 1 g/cm3 bis 1,5 g/cm3, wobei beispielsweise bei einem PEKK-PEI Compound, bei dem die Dichte beider Kunststoff-Komponenten 1,27 g/cm3 beträgt, die Volumenprozente den Gewichtsprozenten entsprechen.The density of the material used for the preparation of the compound is preferably in the range of 1 g / cm 3 to 2 g / cm 3, in particular in the range of 1 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3, for example in a PEKK PEI Compound , in which the density of both plastic components is 1.27 g / cm 3 , the percentages by volume correspond to the percentages by weight.
Hier die DSC-Vermessung der Compounds nach den Beispielen 3 bis 5, diese zeigen beiden amorphen Ausgangsstoffe PEI und PEKK im Verhältnis
- - Beispiel 3:
- PEI:PEKK wie 70:30 in
5 der zuoberst liegende Graph
- PEI:PEKK wie 70:30 in
- - Beispiel 4:
- PEI:PEKK wie 50:50 in
5 der mittlere Graph
- PEI:PEKK wie 50:50 in
- - Beispiel 5:
- PEI:PEKK wie 30:70 in
5 der unterste Graph Alle Graphen aus der5 , jeweils gemessen mit DSC-Messgerät 204F1 Phoenix der Firma Netzsch, alle Messung bei der gleichen Heizrate von 10K/min.
- PEI:PEKK wie 30:70 in
- - Example 3:
- PEI: PEKK like 70:30 in
5 the top graph
- PEI: PEKK like 70:30 in
- - Example 4:
- PEI: PEKK as 50:50 in
5 the middle graph
- PEI: PEKK as 50:50 in
- - Example 5:
- PEI: PEKK as 30:70 in
5 the bottom graph All graphs from the5 , each measured with a DSC measuring device 204F1 Phoenix from Netzsch, all measurements at the same heating rate of 10K / min.
- PEI: PEKK as 30:70 in
Diese Graphen zeigen alle weder Schmelzpunkt noch Kristallisationspunkt, sondern nur einen Glasübergangsbereich, das ist der klare Beweis dafür, dass das compoundierte Material amorph vorliegt.These graphs all show neither melting point nor crystallization point, but only a glass transition area, which is clear evidence that the compounded material is amorphous.
Der Compound des Beispiels 5 wurde auch noch einer Überprüfung durch weitere drei DSC-Messungen des gleichen Gerätes, allerdings mit geänderten Heizraten, unterzogen. Das Resultat ist in
- Beispiel 5, oberster Graph
6 : Heizrate 20K/min - Beispiel 5, mittlerer Graph
6 : Heizrate 10K/min - Beispiel 5, unterster Graph
6 : Heizrate 5K/min
- Example 5, top graph
6th : Heating rate 20K / min - Example 5, middle graph
6th : Heating rate 10K / min - Example 5, bottom graph
6th : Heating rate 5K / min
Dabei entspricht die Messung des mittleren Graphs aus
Durch die Erfindung ist es erstmals möglich, aus einem amorphen Compound, erhältlich durch Compoundierung amorpher Polymere, ein amorphes pulverförmiges Ausgangsmaterial für die Verwendung in einem SLS-Pulverbett zur Herstellung eines Formkörpers mit teilkristallinen Anteilen herzustellen. Durch die Verarbeitung des pulverförmigen amorphen Ausgangsmaterials im SLS-Verfahren bei erhöhter Bauraum-Temperatur, werden flammwidrige Formkörper, wie sie Teil von Innen- und/oder Außenverkleidung(en) und/oder Ausstattung(en) von Fahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen sein können, aber auch Teil von Gebäuden, Gehäusen, und oder sonstiger Produkte sein können, herstellbar.The invention makes it possible for the first time to use an amorphous compound, obtainable by compounding amorphous polymers, to produce an amorphous powdery starting material for use in an SLS powder bed to produce a molded body with partially crystalline components. By processing the powdery amorphous starting material in the SLS process at increased installation space temperature, flame-retardant molded bodies, such as those used in the interior and / or exterior cladding (s) and / or equipment (s) of vehicles, rail vehicles, ships, and aircraft will be can, but can also be part of buildings, housings, and / or other products.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- DE 102017203962 [0009, 0010, 0011]DE 102017203962 [0009, 0010, 0011]
- US 20150259530 A1 [0013]US 20150259530 A1 [0013]
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