JP7435996B2 - 熱溶解積層方式3次元造形用樹脂組成物およびそれからなるフィラメント状成形体、造形体 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
(1)熱溶解積層法3Dプリンターの造形材料用樹脂組成物であって、融点が140℃を超える結晶性のアミド系樹脂(A)と、融点が140℃以下かつガラス転移温度が20℃以下の結晶性の熱可塑性エラストマー、または、ガラス転移温度が20℃以下の非晶性の熱可塑性エラストマー(B)とを含有し、(A)と(B)の質量比率[(A)/(B)]が90/10~50/50であることを特徴とする樹脂組成物。
(2)曲げ弾性率が0.5~1.0GPaであることを特徴とする(1)に記載の樹脂組成物。
(3)熱溶解積層法3Dプリンターの造形材料用成形体であって、(1)または(2)に記載の樹脂組成物で構成され、繊維径が0.2~5.0mmであることを特徴とするフィラメント状成形体。
(4)(3)に記載のフィラメント状成形体を造形してなる造形体。
用いた樹脂、得られた樹脂組成物、フィラメント、造形物の物性測定は以下の方法によりおこなった。
各実施例および比較例で用いた樹脂について、示差走査熱量計(パーキンエルマー社製 DSC-7型)を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度20℃/分の条件で昇温し、昇温曲線中のガラス転移に由来する2つの折曲点温度の中間値を求めた。
各実施例および比較例で用いた樹脂について、示差走査熱量計(パーキンエルマー社製 DSC-7型)を用い、窒素雰囲気下、昇温速度20℃/分で360℃まで昇温した後、360℃で5分間保持し、続いて降温速度20℃/分で25℃まで降温し、さらに25℃で5分間保持後、再び昇温速度20℃/分で昇温し、2回目の昇温時の吸熱ピークのトップを求めた。
各実施例および比較例で用いた樹脂について、JIS K 7210に準じて測定した。
得られた樹脂組成物のペレットを、60℃で24時間乾燥し、水分率を0.02%とした。乾燥したペレットを用いて、日精樹脂社製射出成形機NEX-110型で、シリンダー温度200~260℃、金型温度30~40℃で、ISO準拠の一般物性測定用試験片(ダンベル片)を作製した。
作製したダンベル片について、JIS K 7171に準じて、23℃×65%調湿下で、曲げスパン64mm、試験速度2mm/秒で測定した。
本発明においては、1.0GPa以下を合格とした。
(4)で作製したダンベル片について、JIS K 7161-2に準じて23℃×65%調湿下で、掴み間隔115mm、引張速度5mm/分で測定した。
本発明においては、15MPa以上を合格とした。
(4)で作製したダンベル片から、ISO準拠の試験片(80mm×10mm×4.0mm、ノッチ付き)を作製した。
上記ノッチ付き試験片について、JIS K 72111-1に準じて、支持台間距離62mmで測定した。
本発明においては、5kJ/m2以上を合格とした。
紡糸速度10m/分にて24時間、モノフィラメントを採取した際の糸切れ回数により、以下の基準で評価した。
〇:糸切れが発生しなかった。
×:糸切れが発生したか、またはフィラメントの引取りができなかった。
各実施例および比較例で得られたモノフィラメントを、20cm毎に、モノフィラメントの長手方向に対して垂直に切断し、測定サンプルを30個得た。各サンプルの断面における最大長径と最小短径を、マイクロメーターを用いて測定し、その平均を算出し、これを平均径とした。全30サンプルの平均径を平均して、モノフィラメントの繊維径とした。
上記(8)において算出した、全サンプルの平均径の最大値(M1)と最小値(M2)を用いて、モノフィラメントの繊維径の均一性を算出した。
繊維径の均一性=(M1-M2)/2
各実施例および比較例で得られたモノフィラメントから12cmの長さのサンプルを5本採取し、並列に置き、その両端10mm分をセロテープ(登録商標)で固定した。23℃×65%調湿下で、日本テストパネル社製ポリプロピレン標準試験板(100mm×25mm×2mm、重さ約4.6g)をサンプル上に置き、上から10kgの荷重を60秒間付与した後、徐重した。サンプル台紙を逆さまにし、標準試験板が落下する時間を測定し、以下の基準で評価した。
◎:すぐに落下した。
〇:すぐには落下しなかったが、2秒未満に落下した。
□:2秒以上5秒未満に落下した。
×:落下しなかったか、落下するまでに5秒以上かかった。
本発明においては、「□」以上を合格とした。
モノフィラメントを、標準状態(室温22±2℃、湿度50±2%)で48時間以上放置した後、JIS P 8115に記載のMIT耐折度試験に準じて、マイズ試験機社製、MIT耐折度試験機を用い、荷重5N、クランプ先端R0.38mm、つかみ間隔2.0mm、試験速度175rpm、折り曲げ角度135度で実施し、モノフィラメントの耐折回数を計測した。
耐折回数により、以下の基準で評価した。
◎:100回以上
○:30~99回
□:5~29回
×:5回未満
本発明においては、耐折回数が5回以上である場合、合格とし、30回以上であることが好ましく、100回以上であることがより好ましい。
得られたモノフィラメントを用いて、3Dプリンター(ニンジャボット社製、NJB-200HT)を用いて、ノズル温度200~260℃、テーブル温度60℃の条件で、図1の「ルーク」を造形した。樹脂が均一に吐出されなかったり、粘着性によりフィラメントのボビン解舒がスムーズにできずに樹脂が安定供給されなかったり、反りが大きすぎて造形台から剥がれて、造形することができなかったりした場合、「×」と評価した。造形することができた場合、図1の1(オーバーハング部分)の外観を、以下の基準で評価した。
◎:オーバーハング部分がダレることがなかった。
○:オーバーハング部分がダレた。
本発明においては、「○」以上を合格とした。
得られたモノフィラメントを用いて、3Dプリンター(ニンジャボット社製、NJB-200HT)を用いて、ノズル温度200~260℃、テーブル温度60℃の条件で、図2の「アンカー」を造形した。反りが大きすぎて造形物が造形台から剥がれ造形することができなかった場合、「×」と評価した。造形することができた場合、造形したアンカーを平滑な水準台(大理石等)上に置き、図2の5の位置におもりを置き固定したのち、図2の2~4の3箇所の先端部分について台からの高さを隙間ゲージまたはノギスで測定し、平均値を求め、以下の基準で評価した。
◎:平均値が0mmを超え1mm未満であった。
○:平均値が1mm以上であった。
本発明においては、「○」以上を合格とした。
〔アミド系樹脂(A)〕
・ポリアミド6、ユニチカ社製『A1030BRL』、融点=225℃、ガラス転移温度=47℃、230℃、2.16kgfでのMFR=26g/10分
・ポリアミド66、ユニチカ社製『A125』、融点=265℃、ガラス転移温度=50℃、275℃、5kgfでのMFR=149g/10分
・ポリアミド6/66/12共重合体、宇部興産社製『6434B』、融点=188℃、ガラス転移温度=44℃、210℃、2.16kgfでのMFR=1.4g/10分
・ポリアミド6/12共重合体、宇部興産社製『7034B』、融点=201℃、ガラス転移温度=60℃、210℃、2.16kgfでのMFR=1.6g/10分
・スチレン-イソプレン-ブタジエン-スチレン共重合体の水添体、クラレ社製『ハイブラー7311』、融点=なし、ガラス転移温度=-32℃、190℃、2.16kgfでのMFR=0.5g/10分
・ポリアミド系エラストマー、T&K TOKA社製『TPAE-12』、融点=なし、ガラス転移温度=-60℃、200℃、2.16kgfでのMFR=200g/10分
二軸押出機(池貝社製、PCM-30、スクリュー径29mm、L/D30、ダイス径3mm、孔数3)を用い、アミド系樹脂(A)としてA1030BRLを90質量部と、熱可塑性エラストマー(B)としてハイブラー7311を10質量部とをブレンドして、押出機に供給した。温度230℃、スクリュー回転数120rpm、吐出量7kg/時間の条件で混練、押出した。引き続き、押出機先端から吐出されたストランドを、冷却バスで冷却後、ペレタイザーにて引き取り、カッティングして樹脂組成物のペレットを得た。得られた樹脂組成物のペレットを60℃×24時間の条件で乾燥して、水分率を0.02%とした。
この乾燥させた樹脂組成物ペレットを、モノフィラメント製造装置(単軸押出機(日本製鋼所社製、スクリュー径60mm、溶融押出しゾーン1200mm))を用い、紡糸温度230℃の条件で、得られるモノフィラメントの繊維径が1.75mmになるように吐出量を調整して、孔径5mmで1孔有する丸断面の紡糸口金から押出した。引き続き、押し出されたモノフィラメントを紡糸口金より20cm下の冷却温水50℃に浸漬し、引き取り速度30m/分で調整しながら引き取り、モノフィラメントを得た。冷却時間は約1分であった(未延伸)。
表1に記載された樹脂組成に変更する以外は、実施例1と同様の操作をおこなって、樹脂組成物のペレットを得た後、未延伸のモノフィラメントを得た。
比較例3、4の樹脂組成物は、ポリアミド6に含有させる熱可塑性エラストマーの含有量が多すぎたためか、アミド系樹脂を含有させなかったため、フィラメントの粘着性が大きく、3Dプリンターへの安定供給ができなかった。
3.先端部分
4.先端部分
5.おもりを置く場所
Claims (3)
- 熱溶解積層法3Dプリンターの造形材料用樹脂組成物であって、融点が140℃を超える結晶性のアミド系樹脂(A)と、融点が140℃以下かつガラス転移温度が20℃以下の結晶性の熱可塑性エラストマー、または、ガラス転移温度が20℃以下の非晶性の熱可塑性エラストマー(B)とを含有し、(A)と(B)の質量比率[(A)/(B)]が70/30~50/50であり、前記アミド系樹脂(A)は、ポリアミド46、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド66、ポリアミド69、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド9T、ポリアミド10T、ポリアミド6/66共重合体、ポリアミド6/12共重合体、ポリアミド6/66/12共重合体、およびポリアミド6/10Tから選択されることを特徴とする樹脂組成物。
- 曲げ弾性率が0.5~1.0GPaであることを特徴とする請求項1に記載の樹脂組成物。
- 熱溶解積層法3Dプリンターの造形材料用成形体であって、請求項1または2に記載の樹脂組成物で構成され、繊維径が0.2~5.0mmであることを特徴とするフィラメント状成形体。
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