PL245248B1 - Kompozyt termoplastyczny i sposób otrzymywania kompozytu termoplastycznego na bazie polilaktydu do zastosowania w technice przyrostowej - Google Patents
Kompozyt termoplastyczny i sposób otrzymywania kompozytu termoplastycznego na bazie polilaktydu do zastosowania w technice przyrostowej Download PDFInfo
- Publication number
- PL245248B1 PL245248B1 PL433343A PL43334320A PL245248B1 PL 245248 B1 PL245248 B1 PL 245248B1 PL 433343 A PL433343 A PL 433343A PL 43334320 A PL43334320 A PL 43334320A PL 245248 B1 PL245248 B1 PL 245248B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- sample
- polylactide
- graphite
- composite
- pla
- Prior art date
Links
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 title claims abstract description 70
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 title claims abstract description 11
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 56
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims description 10
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims description 9
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 19
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 12
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000034530 PLAA-associated neurodevelopmental disease Diseases 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- DWSWCPPGLRSPIT-UHFFFAOYSA-N benzo[c][2,1]benzoxaphosphinin-6-ium 6-oxide Chemical compound C1=CC=C2[P+](=O)OC3=CC=CC=C3C2=C1 DWSWCPPGLRSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 229920005669 high impact polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004797 high-impact polystyrene Substances 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest kompozyt termoplastyczny o zwiększonej odporności na wodę, wyższej stabilności termicznej oraz wytrzymałości mechanicznej charakteryzujący się tym, że jako osnowę zawierają polilaktyd (PLA) oraz jako napełniacz związki nieorganiczne, które stanowią grafit oraz siarczek molibdenu. Wynalazek stanowi również sposób wytwarzania kompozytu termoplastycznego.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest kompozyt termoplastyczny i sposób otrzymywania kompozytu termoplastycznego poprzez modyfikowanie polilaktydu do zastosowania w technice przyrostowej, druku 3D. Znane są metody modyfikacji polilaktydu w kierunku poprawienia różnego rodzaju właściwości materiałowych. Z opisu KR20100131229 znany jest sposób wytwarzania kompozytu PLA-grafit poprzez obróbkę kwasową z użyciem kwasu siarkowego oraz azotowego. Proces jest skomplikowany i nie znajduje zastosowania w przemyśle druku 3D. Z opisu CN108659487 znany jest sposób wytwarzania kompozytu PLA-magnez. Tego typu kompozyty mogą mieć zastosowanie w wytwarzaniu oraz prototypowaniu implantów biomedycznych. Z opisu CN108641319 znany jest sposób modyfikacji polilaktydu - uzyskiwania kompozytu złożonego z polilaktydu oraz proszku drewnianego w celu uzyskania kompozytu o polepszonych właściwościach mechanicznych mogącego mieć zastosowanie w wytwarzaniu instrumentów muzycznych. Z opisu CN106832836 znany jest sposób modyfikacji PLA w celu uzyskania materiału trudnopalnego o poprawionych właściwościach mechanicznych. Opisano użycie DOPO mające na celu zwiększenie odporności na ogień oraz włókien węglowych w celu poprawienia właściwości mechanicznych.
Technika addytywna, przyrostowa - potocznie zwana drukiem 3D jest procesem tworzenia obiektu fizycznego z trójwymiarowego modelu cyfrowego, zazwyczaj przez układanie wielu kolejnych cienkich warstw materiału według metody „warstwa do warstwy”. Najbardziej podstawową, wyróżniającą spośród dojrzałych technik przetwórczych zasadą druku 3D jest fakt, że jest to proces wytwarzania przyrostowego. Początek technologii przyrostowych datowany jest na drugą połowę XXI wieku. Do najbardziej powszechnych technik addytywnych należy metoda FDM oraz w dalszej kolejności SLA, SLS.
Branża druku 3D jest jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin gospodarki. Odnotowano wzrost pomiędzy 50% a 100% wzrostu rok do roku w okresie 2014-2016. Dane wskazują, że branża druku 3D jest bliska osiągnięcia punktu przełamania pewnych ograniczeń technologicznych.
FDM (Fused Deposition Modelling) jest to metoda oparta na wytwarzaniu obiektu z termoplastycznego tworzywa. Obiekty drukowane w tej technologii powstają poprzez nakładanie kolejnych warstw półpłynnego materiału, który jest ekstrudowany z dyszy. Koszt realizacji wydruku jest relatywnie niski dzięki stosowaniu prostych rozwiązań technicznych. Filament (w postaci żyłki o ustalonej średnicy 1,75-3 mm) podgrzewany jest do temperatury płynięcia tworzywa i wytłaczany przez dyszę. Maszyny przetwórcze stosowane w technologii FDM konstrukcyjnie są oparte o klasyczne układy frezarskie. Praca odbywa się w 3 osiach, a obrót w osi Z zastąpiony jest przez obrót podajnika filamentu. Podczas drukowania warstwy głowica przesuwa się w płaszczyźnie XY nad obiektem. Obniżenie platformy lub podniesienie dyszy powoduje przejście do kolejnej warstwy. Głównym problemem stosowania tej metody jest zniekształcenie wydrukowanego obiektu w wyniku kurczenia się stygnącego filamentu. W celu zniwelowania tego zjawiska, stosuje się podgrzewanie stolika. Najczęściej używany jest jeden typ filamentu, co skutkuje otrzymaniem jednokolorowego wydruku. Jednym z najczęściej stosowanych tworzyw jest polilaktyd, głównie ze względu na łatwość w przetwarzaniu i małe ryzyko skurczu przetwórczego. Pozostałe termoplasty stosowane w technice FDM to ABS, PA, PET, PC, HIPS czy PPSF oraz ich mieszanki.
Obszar zastosowań technologii przyrostowej jest bardzo szeroki, druk 3D jest również jednym z głównych filarów nowej generacji przemysłu 4.0. Rynek można podzielić ze względu na podstawowe aplikacje na następujące segmenty: prototypowanie, wytwarzania części urządzeń, produkcja małoseryjna, zastosowania hobbystyczne, wsparcie sfery badań i rozwoju.
Z punktu widzenia poszczególnych branż interesariuszy projektu należy wymienić przemysł militarny, kosmiczny, inżynierię maszynową, przemysł medyczny, produkty masowe, motoryzację, jubilerstwo, szkolnictwo wyższe i edukację, energetykę, architekturę i budownictwo, drukowaną elektronikę i wiele innych.
Podstawowymi problemami, mankamentami i niedoskonałościami zdiagnozowanymi pośród użytkowników techniki FDM są przede wszystkim: zwiększenie walorów estetycznych finalnego produktu, zwiększenie szybkości druku, zwiększenie komfortu i łatwości druku, zwiększenie odporności na działanie wody i zanieczyszczeń czy poprawa adhezji warstw w trakcie wydruku, jak i adhezji warstwy do stołu drukarki, poprawa wytrzymałości w osi Z. Wprowadzenie modyfikatorów pozwalających na poprawę kluczowych parametrów drukowanych obiektów jest przedmiotem intensywnych badań. Dodatkowo należy zauważyć, że przy obecnym stanie techniki każda modyfikacja tych parametrów będzie miała istotny wkład w rozwój technologii.
Z tego względu wciąż poszukuje się materiałów termoplastycznych mających zastosowanie w technikach FDM, druku 3D.
Istotą wynalazku jest kompozyt termoplastyczny zawierający zmodyfikowany polilaktyd, charakteryzujący się tym, że jako osnowę zawiera polilaktyd (PLA) oraz jako napełniacz związki nieorganiczne, które stanowią grafit lub grafit i siarczek molibdenu i ma postać filamentu.
Sposób wytwarzania kompozytu termoplastycznego na bazie polilaktydu do zastosowania w technice przyrostowej, według wynalazku, polega na tym, że polilaktyd (PLA) poddaje się procesowi homogenizacji z grafitem lub osobno grafitem i siarczkiem molibdenu o uziarnieniu poniżej 40 μm zachowując nadmiar PLA, w temperaturze mieszania 170-190°C, korzystnie 180°C, do uzyskania kompozytu, następnie wytworzony kompozyt rozdrabnia się do wielkości ziaren w zakresie 2,5-3,5 mm, po czym w procesie wytłaczania do kompozytu dodaje się polilaktyd w ilości takiej, aby uzyskać w mieszaninie do 10% wagowych grafitu lub do 2,5% wagowych MoS2, przy temperaturze głowicy 170-190°C, zaś wytłaczanie prowadzi się aż do otrzymania kompozytu w postaci filamentu.
Korzystnie, gdy polilaktyd poddaje się procesowi homogenizacji z koncentratem o zawartości 20% wagowych grafitu lub siarczku molibdenu.
Korzystnie, gdy kompozyt rozdrabnia się do ziaren o wielkości 3 mm.
Korzystnie, gdy proces homogenizacji przeprowadza się w wytłaczarce.
Materiał według wynalazku cechuje zwiększona odporność na wodę, wyższa stabilność termiczna oraz wytrzymałość mechaniczna.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:
- możliwość uzyskania wyższego kąta zwilżania w stosunku do wartości referencyjnej o 32,9 stopni bezpośrednio po wydruku, o 9,7 stopni po ekspozycji na promieniowanie UV przez 25 h, o 0,9 stopni po ekspozycji na promieniowanie UV przez 500 godzin oraz o 5,4 stopnia po 72 h w 50°C względem czystego PLA w kierunku właściwości hydrofobowych,
- poprawa właściwości mechanicznych w zakresie modułu Younga o 403,7 MPa, naprężenia rozciągającego o 1,2 N, maksymalnego obciążenia przy rozciąganiu o 50,1 N oraz udarności o 2,76 kJ/m2 dla próbek w temperaturze 23°C względem czystego PLA oraz dla próbek kondycjonowanych w 50°C przez 72 h w zakresie modułu Younga o 319,2 MPa, naprężenia rozciągającego o 0,7 N i maksymalnego obciążenia przy rozciąganiu o 27,4 N,
- poprawa stabilności termicznej o 14,3°C względem czystego PLA,
- w przypadku drukowanych próbek z grafitem - obniżenie wartości zużycia liniowego we współpracy ze stalą o 64,58% względem czystego PLA po procesie druku 3D,
- brak znaczącego wpływu na wartość współczynnika tarcia kinetycznego,
- zwiększona odporność na promieniowanie UV względem czystego PLA,
- brak wpływu napełniaczy na pogorszenie homogenizacji układów,
- możliwość wielokrotnego przetwarzania - recykling materiałowy,
- bezodpadowa produkcja - wszystkie powstające w trakcie wytwarzania końcowego produktu braki można bowiem zawracać do procesu technologicznego
- wytworzone kompozyty można przetwarzać standardowymi technikami stosowanymi dotychczas.
Wynalazek ilustrują poniższe przykłady i tabele. Wykazano, że otrzymane kompozyty nadają się do zastosowania w technikach FDM i mają cechy jak opisano powyżej.
Przykład 1 kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi homogenizacji z 1 kg grafitu o uziarnieniu poniżej 40 mikrometrów przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 170°C. Wytworzony kompozyt rozdrobniono otrzymując ziarna o wielkości 3 mm. Następnie koncentrat o zawartości 20% wag. napełniacza rozcieńczono polilaktydem do stężenia 1% wag. grafitu, stosując w tym celu 0,1 kg koncentratu oraz 1,9 kg PLA. Następnie w procesie wytłaczania, temperatura głowicy wynosiła 170°C, otrzymano filament o średnicy 1,75 mm. Z kompozytu, w postaci filamentu wydrukowano techniką FDM wiosła, belki oraz płytki pomiarowe zgodnie z obowiązującą normą. Oceniono podstawowe parametry mechaniczne, testy starzeniowe oraz oceny zmiany barwy, co zostało przedstawione w tabelach 2-7. W tabeli 1 zestawiono zawartość napełniacza w badanych próbkach. Wykazano, że otrzymany kompozyt nadaje się do zastosowania w technikach FDM i ma cechy jak opisano powyżej.
Przykład 2 kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi homogenizacji z 1 kg grafitu o uziarnieniu poniżej 40 mikrometrów przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 170°C. Wytworzony kompozyt rozdrobniono otrzymując ziarna o wielkości 3 mm. Następnie koncentrat o zawartości 20% wag. napełniacza rozcieńczono polilaktydem do stężenia 2,5% wag. grafitu, stosując w tym celu 0,25 kg koncentratu oraz 1,75 kg PLA, w procesie wytłaczania, temperatura głowicy wynosiła 170°C, otrzymano filament o średnicy 1,75 mm. Z kompozytu, w postaci filamentu wydrukowano techniką FDM wiosła, belki oraz płytki pomiarowe zgodnie z obowiązującą normą, posłużyły do oceny podstawowych parametrów mechanicznych, testów starzeniowych oraz oceny zmiany barwy, co zostało przedstawione w tabelach 2-7. W tabeli 1 zestawiono zawartość napełniacza w badanych próbkach.
Przykład 3 kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi homogenizacji z 1 kg grafitu o uziarnieniu poniżej 40 mikrometrów przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 170°C. Wytworzony kompozyt rozdrobniono otrzymując ziarna o wielkości 3 mm. Następnie koncentrat o zawartości 20% wag. napełniacza rozcieńczono polilaktydem do stężenia 5% wag. grafitu, stosując w tym celu 0,5 kg koncentratu oraz 1,5 kg PLA, w procesie wytłaczania, temperatura głowicy wynosiła 170°C, otrzymano filament o średnicy 1,75 mm. Z kompozytu, w postaci filamentu wydrukowano techniką FDM wiosła, belki oraz płytki pomiarowe zgodnie z obowiązującą normą, posłużyły do oceny podstawowych parametrów mechanicznych, testów starzeniowych oraz oceny zmiany barwy, co zostało przedstawione w tabelach 2-7. W tabeli 1 zestawiono zawartość napełniacza w badanych próbkach.
Przykład 4 kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi homogenizacji z 1 kg grafitu o uziarnieniu poniżej 40 mikrometrów przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 170°C. Wytworzony kompozyt rozdrobniono otrzymując ziarna o wielkości 3 mm. Następnie koncentrat o zawartości 20% wag. napełniacza rozcieńczono polilaktydem do stężenia 7,5% wag. grafitu, stosując w tym celu 0,75 kg koncentratu oraz 1,25 kg PLA, w procesie wytłaczania, temperatura głowicy wynosiła 170°C, otrzymano filament o średnicy 1,75 mm. Z kompozytu, w postaci filamentu wydrukowano techniką FDM wiosła, belki oraz płytki pomiarowe zgodnie z obowiązującą normą, posłużyły do oceny podstawowych parametrów mechanicznych, testów starzeniowych oraz oceny zmiany barwy, co zostało przedstawione w tabelach 2-7. W tabeli 1 zestawiono zawartość napełniacza w badanych próbkach.
Przykład 5 kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi homogenizacji z 1 kg grafitu o uziarnieniu poniżej 40 mikrometrów przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 170°C. Wytworzony kompozyt rozdrobniono otrzymując ziarna o wielkości 3 mm. Następnie koncentrat o zawartości 20% wag. napełniacza rozcieńczono polilaktydem do stężenia 10% wag. grafitu, stosując w tym celu 1 kg koncentratu oraz 1 kg PLA, w procesie wytłaczania, temperatura głowicy wynosiła 170°C, otrzymano filament o średnicy 1,75 mm. Z kompozytu, w postaci filamentu wydrukowano techniką FDM wiosła, belki oraz płytki pomiarowe zgodnie z obowiązującą normą, posłużyły do oceny podstawowych parametrów mechanicznych, testów starzeniowych oraz oceny zmiany barwy, co zostało przedstawione w tabelach 2-7. W tabeli 1 zestawiono zawartość napełniacza w badanych próbkach.
Przykład 6 kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi homogenizacji z 1 kg grafitu o uziarnieniu poniżej 40 mikrometrów przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 190°C. Wytworzony kompozyt rozdrobniono otrzymując ziarna o wielkości 3,5 mm. Następnie koncentrat o zawartości 20% wag. grafitu rozcieńczono polilaktydem do stężenia 1% wag. grafitu, stosując w tym celu 0,1 kg koncentratu oraz 1,9 kg PLA, w procesie wytłaczania z granulacją, temperatura głowicy wynosiła 170°C. Po czym 5 kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi homogenizacji z 1 kg siarczku molibdenu (MoS2) o uziarnieniu poniżej 40 mikrometrów przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 170°C. Następnie koncentrat o zawartości 20% wag. siarczku molibdenu rozcieńczono polilaktydem do stężenia 1% wag. MoS2, stosując w tym celu 0,1 kg koncentratu oraz 1,9 kg PLA, w procesie wytłaczania z granulacją, temperatura głowicy wynosiła 190°C. Następnie 0,1 kg koncentratu 1% wag. grafitu, 0,1 kg koncentratu 1%wag MoS2 oraz 1,8 kg PLA poddano procesowi homogenizacji przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 170°C, otrzymano filament o średnicy 1,75 mm. Z kompozytu, w postaci filamentu
PL 245248 Β1 wydrukowano techniką FDM wiosła, belki oraz płytki pomiarowe zgodnie z obowiązującą normą, posłużyły do oceny podstawowych parametrów mechanicznych, testów starzeniowych oraz oceny zmiany barwy, co zostało przedstawione w tabelach 2-7. W tabeli 1 zestawiono zawartość napełniacza w badanych próbkach.
Przykład 7 (poza zakresem wynalazku) kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi homogenizacji z 1 kg siarczku molibdenu (M0S2) o uziarnieniu poniżej 40 mikrometrów przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 180°C. Otrzymano granulat o uziarnieniu 2,5 mm. Następnie koncentrat o zawartości 20% wag. siarczku molibdenu rozcieńczono polilaktydem do stężenia 1% wag. M0S2, stosując w tym celu 0,1 kg koncentratu oraz 1,9 kg PLA, w procesie wytłaczania, temperatura głowicy wynosiła 180°C, otrzymano filament o średnicy 1,75 mm. Z kompozytu, w postaci filamentu wydrukowano techniką FDM wiosła, belki oraz płytki pomiarowe zgodnie z obowiązującą normą, posłużyły do oceny podstawowych parametrów mechanicznych, testów starzeniowych oraz oceny zmiany barwy, co zostało przedstawione w tabelach 2-7. W tabeli 1 zestawiono zawartość napełniacza w badanych próbkach.
Przykład 8 (poza zakresem wynalazku) kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi homogenizacji z 1 kg siarczku molibdenu (M0S2) o uziarnieniu poniżej 40 mikrometrów przy użyciu wytłaczarki, temperatura mieszania wynosiła 170°C. Otrzymano granulat o uziarnieniu 3 mm. Następnie koncentrat o zawartości 20% wag. siarczku molibdenu rozcieńczono polilaktydem do stężenia 2,5% wag. M0S2, stosując w tym celu 0,25 kg koncentratu oraz 1,75 kg PLA, w procesie wytłaczania, temperatura głowicy wynosiła 190°C, otrzymano filament o średnicy 1,75 mm. Z kompozytu, w postaci filamentu wydrukowano techniką FDM wiosła, belki oraz płytki pomiarowe zgodnie z obowiązującą normą, posłużyły do oceny podstawowych parametrów mechanicznych, testów starzeniowych oraz oceny zmiany barwy, co zostało przedstawione w tabelach 2-7. W tabeli 1 zestawiono zawartość napełniacza w badanych próbkach.
Przykład 9 kg polilaktydu (PLA) poddano procesowi wytłaczania, temperatura głowicy wynosiła 190°C, otrzymano filament o średnicy 1,75 mm. Wydrukowano techniką FDM wiosła, belki oraz płytki pomiarowe zgodnie z obowiązującą normą, posłużyły do oceny podstawowych parametrów mechanicznych, testów starzeniowych oraz oceny zmiany barwy, co zostało przedstawione w tabelach 2-7. W tabeli 1 zestawiono zawartość napełniacza w badanych próbkach.
Przykład 10
Techniką FDM wydrukowano piny pomiarowe w postaci walców o wysokości i średnicy równych 8 mm. Posłużyły one do oceny podstawowych właściwości tribologicznych wytworzonych materiałów. Próbki poddane zostały badaniu na stanowisku pin on disc, pod obciążeniem 0,11 MPa oraz z prędkością 0,34 m/s. Przeciwpróbkę stanowiła tarcza stalowa C45 o wykończeniu powierzchni Ra = 0,350,45. W tabeli 8 zestawiono wyniki badań tribologicznych.
Przykład podsumowujący - wyniki badań.
Przykłady 1-9 to wiersze A-l, przykład 10 to osobne badania tribologiczne wszystkich materiałów otrzymanych.
Tabela 1. Zawartości napełniacza w badanych próbkach
| Nazwa próbki | Zawartość grafitu 1% wag.J | Zawartość MoS. [% wag.J |
| Próbka A | 1 | 0 |
| Próbka B | 2,5 | 0 |
| Próbka C | 5 | 0 |
| Próbka D | 7,5 | 0 |
| Próbka E | 10 | 0 |
| Próbka F | 1 | 1 |
| Próbka G | 0 | 1 |
| Próbka H | 0 | 2,5 |
| Próbka I | 0 | 0 |
PL 245248 Β1
Tabela 2. Parametry wytrzymałościowe dla próbek niekondycjonowanych
| Moduł Younga [MPa] | Obciążenie [-N] | Naprężenie [N] | Odkształcenie [%] | Naprężenie zginające [MPa] | Udarność [k.l/nr] | |
| Próbka A | 1509,1 | 992,5 | 24,4 | 2,108 | 65,0 | 12,03 |
| Próbka B | 1706,9 | 1032,9 | 26,5 | 2,108 | 63,9 | 11,78 |
| Próbka C | 1834,0 | 1007,59 | 26,0 | 1,993 | 64,2 | 11,45 |
| Próbka D | 1644,5 | 1042,2 | 26,7 | 2,208 | 60,6 | 11,73 |
| Próbka E | 1886,1 | 929,3 | 23,8 | 1,882 | 56,0 | 9,74 |
| Próbka F | 1593,6 | 1019,5 | 25,1 | 2,067 | 65,8 | 12,86 |
| Próbka G | 1623,4 | 1073,4 | 26,5 | 2,062 | 67,5 | 12,31 |
| Próbka H | 1607,4 | 1019,8 | 25,3 | 2,039 | 64,8 | 10,05 |
| Próbka I | 1482,4 | 1023,3 | 25,5 | 2,152 | 68,6 | 10,10 |
Tabela 3. Parametry wytrzymałościowe dla próbek po 72 h w 50°C
| Moduł Younga [MPa] | Obciążenie [N] | Naprężenie [N] | Odkształcenie [%] | Naprężenie zginające [MPa] | Udamość [kJ/nr] | |
| Próbka A | 1553,4 | 1056,2 | 25,9 | 2,273 | 67,5 | 13,92 |
| Próbka B | 1650,1 | 1064,1 | 26,4 | 2,308 | 63,4 | 13,89 |
| Próbka C | 1791,8 | 1107,3 | 27,5 | 2,228 | 60,9 | 13,39 |
| Próbka D | 1804.8 | 978,5 | 24,5 | 2,184 | 60,8 | 13,09 |
| Próbka E | 1875,6 | 955,5 | 24,0 | 1,952 | 58,2 | 10,56 |
| Próbka F | 1654,4 | 1061,2 | 26,6 | 2,187 | 66,70 | 16,75 |
| Próbka G | 1694,7 | 1106,7 | 27,8 | 2,100 | 64,95 | 13,86 |
| Próbka H | 1625,5 | 1047,5 | 26,5 | 2,246 | 59,56 | 12,23 |
| Próbka I | 1556,4 | 1079,9 | 27,1 | 2,417 | 61,6 | 19,93 |
Tabela 4. Odporność na promieniowanie UV - badanie zmiany barwy (w odniesieniu do próbek nienarażonych na promieniowanie UV)
| Nazwa próbki | ΔΕ 25011 komora UV | ΔΕ 500h komora UV |
| Próbka A | 0,58 | 0,88 |
| Próbka B | 1,67 | 1,08 |
| Próbka C | 0,82 | 0,34 |
| Próbka D | 0,71 | 0,39 |
| Próbka E | 1,33 | 0,56 |
| Próbka F | 1,08 | 0,73 |
| Próbka G | 1,46 | 0,97 |
| Próbka H | 1,59 | 1,20 |
| Próbka I | 1,97 | 3,64 |
PL 245248 Β1
Tabela 5. Kąt zwilżania
| Kąt zwilżania |°J Oh | Kąt zwilżania Γ'| 250h | Kąt zwilżania [°J 500h | Kąt zwilżania [°] 72h 50°C | |
| Próbka A | 62,4 | 62,1 | 63,8 | 70,4 |
| Próbka B | 63,4 | 62,0 | 62,5 | 72,6 |
| PróbkaC | 57,0 | 56,6 | 44,3 | 80,0 |
| Próbka D | 72,1 | 66,5 | 64,9 | 83,9 |
| Próbka E | 79,8 | 65,3 | 0- hydrofitowe | 77,4 |
| Próbka F | 69,3 | 62,0 | 37,0 | 69,3 |
| Próbka G | 82,5 | 55,2 | 65,8 | 74,0 |
| Próbka H | 88,2 | 53,2 | 0- hydrofilowc | 79,4 |
| Próbka T | 55,3 | 56,8 | 64,9 | 78,5 |
Tabela 6. Stabilność termiczna, przejścia fazowe, reologia
| Temperatura przy 1 % ubytku masy rej | Temperatura zeszklenia [°C] | Temperatura mięknienia [°C] | MFR | MVR | |
| Próbka A | 311,2 | 62,5 | 152,6 | 4,639 | 3,741 |
| Próbka B | 315,0 | 62,6 | 152,5 | 5,169 | 4,169 |
| Próbka C | 320,1 | 57,6 | 152,4 | 5,238 | 4,224 |
| Próbka D | 310,7 | 62,7 | 153,0 | 5,855 | 4,772 |
| Próbka E | 309,1 | 63,0 | 152,8 | 4,721 | 3,807 |
| Próbka F | 309,8 | 62,0 | 152,8 | 10,037 | 8,094 |
| Próbka G | 301,7 | 62,4 | 153,5 | 1,615 | 1,303 |
| Próbka H | 294,8 | 62,0 | 153,1 | 6,998 | 5,643 |
| Próbka T | 305,8 | 59,9 | 153,3 | 6,705 | 5,407 |
Tabela 7. Właściwości tribologiczne
| Nazwa próbki | Średni współczynnik tarcia kinetycznego | Średnie zużycie liniowe próbki [mm/km] |
| Próbka A | 0,40140,036 | 0,02440,007 |
| Próbka B | 0,41440,035 | 0,02440.008 |
| Próbka C | 0,42540,017 | 0,02140.004 |
| Próbka D | 0,42040,018 | 0,02240,005 |
| Próbka E | 0,44940,019 | 0,01140,003 |
| Próbka F | 0,43240,011 | 0,04040,007 |
| Próbka G | 0,40140,036 | 0,03640,012 |
| Próbka H | 0,40040,008 | 0,08240,007 |
| Próbka 1 | 0,44840,011 | 0,03240,004 |
Sposób wytwarzania belek oraz wiosełek:
Filament o średnicy 1,75 mm został wykorzystany do wytworzenia wiosełek oraz belek zgodnych z normą. W tabeli przedstawiono kluczowe parametry procesu druku 3D.
PL 245248 Β1
Tabela 8. Właściwości tribologiczne
| Parametr | Wartość |
| Średnica dyszy drukującej | 0,4mm |
| Wypełnienie próbek | 30% |
| Wysokość warstwy wydruku | 0,18mm |
| Ilość warstw pełnych góra/dól | 3 |
| Ilość obiysów zewnętrznych | 2 |
| Styl druku wypełnienia próbki | Plaster miodu |
| Styl druku warstw zew. góra/dół | Linie wzdłuż próbek |
| Temperatura dyszy drukującej | 200’C |
| Temperatura stołu | 60 “C |
| Prędkość dmku | 40mm/s |
| Prędkość ruchów pomocniczych | 120mm/s |
Claims (6)
1. Kompozyt termoplastyczny zawierający zmodyfikowany polilaktyd, znamienny tym, że jako osnowę zawiera polilaktyd (PLA) oraz jako napełniacz związki nieorganiczne, które stanowią grafit lub grafit i siarczek molibdenu i ma postać filamentu.
2. Sposób wytwarzania kompozytu termoplastycznego na bazie polilaktydu do zastosowania w technice przyrostowej, znamienny tym, że polilaktyd (PLA) poddaje się procesowi homogenizacji z grafitem lub osobno grafitem i siarczkiem molibdenu o uziarnieniu poniżej 40 pm zachowując nadmiar PLA, w temperaturze mieszania 170-190°C, do uzyskania kompozytu, następnie wytworzony kompozyt rozdrabnia się do wielkości ziaren w zakresie 2,5-3,5 mm, po czym w procesie wytłaczania do kompozytu dodaje się polilaktyd w ilości takiej, aby uzyskać w mieszaninie do 10% wagowych grafitu lub do 2,5% wagowych M0S2, przy temperaturze głowicy 170-190°C, zaś wytłaczanie prowadzi się aż do otrzymania kompozytu w postaci filamentu.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że polilaktyd poddaje się procesowi homogenizacji z koncentratem o zawartości 20% wagowych grafitu lub siarczku molibdenu.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że kompozyt rozdrabnia się do ziaren o wielkości 3 mm.
5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że proces wytłaczania przeprowadza się w 180°C.
6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że proces homogenizacji przeprowadza się w wytłaczarce.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL433343A PL245248B1 (pl) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Kompozyt termoplastyczny i sposób otrzymywania kompozytu termoplastycznego na bazie polilaktydu do zastosowania w technice przyrostowej |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL433343A PL245248B1 (pl) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Kompozyt termoplastyczny i sposób otrzymywania kompozytu termoplastycznego na bazie polilaktydu do zastosowania w technice przyrostowej |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL433343A1 PL433343A1 (pl) | 2021-09-27 |
| PL245248B1 true PL245248B1 (pl) | 2024-06-10 |
Family
ID=78055849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL433343A PL245248B1 (pl) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Kompozyt termoplastyczny i sposób otrzymywania kompozytu termoplastycznego na bazie polilaktydu do zastosowania w technice przyrostowej |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL245248B1 (pl) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL248643B1 (pl) * | 2023-09-23 | 2026-01-05 | Univ Im Adama Mickiewicza W Poznaniu | Nowy kompozytowy filament do druku 3D techniką FDM oraz sposób jego wytwarzania |
-
2020
- 2020-03-26 PL PL433343A patent/PL245248B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL433343A1 (pl) | 2021-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zohdi et al. | Material anisotropy in additively manufactured polymers and polymer composites: a review | |
| Ahmad et al. | A review of natural fiber-based filaments for 3D printing: filament fabrication and characterization | |
| Dey et al. | A review on filament materials for fused filament fabrication | |
| Przekop et al. | Graphite modified polylactide (PLA) for 3D printed (FDM/FFF) sliding elements | |
| Gavali et al. | Mechanical and thermo-mechanical properties of carbon fiber reinforced thermoplastic composite fabricated using fused deposition modeling method | |
| Tey et al. | A comprehensive investigation on 3D printing of polyamide 11 and thermoplastic polyurethane via multi jet fusion | |
| Benal et al. | Influence of short glass fibre reinforcement on mechanical properties of 3D printed ABS-based polymer composites | |
| Toncheva et al. | Recycled tire rubber in additive manufacturing: selective laser sintering for polymer-ground rubber composites | |
| Ismail et al. | Tensile properties of in situ 3D printed glass fiber-reinforced PLA | |
| Kumar et al. | Plastic pellets | |
| Omar et al. | Mechanical and physical properties of recycled-carbon-fiber-reinforced polylactide fused deposition modelling filament | |
| Zotti et al. | Fused deposition modeling of polymer composites: Development, properties and applications | |
| Franciszczak et al. | Effect of halloysite nanotube on mechanical properties, thermal stability and morphology of polypropylene and polypropylene/short kenaf fibers hybrid biocomposites | |
| Pavan et al. | Impact and shear behavior of PLA/12% Cu reinforced composite filament printed at different FDM conditions | |
| Li et al. | FDM 3D Printing and properties of WF/PBAT/PLA composites | |
| Schelleis et al. | Approaching polycarbonate as an LFT-D material: processing and mechanical properties | |
| Bulanda et al. | The influence of selected fillers on the functional properties of polycarbonate dedicated to 3D printing applications | |
| Ortega et al. | Recent developments in inorganic composites in rotational molding | |
| CN106633582B (zh) | 一种用于3d打印的聚丙烯组合物及其制备方法 | |
| Palacios-Ibáñez et al. | Synthesis and characterisation of ASA-PEEK composites for fused filament fabrication | |
| PL245248B1 (pl) | Kompozyt termoplastyczny i sposób otrzymywania kompozytu termoplastycznego na bazie polilaktydu do zastosowania w technice przyrostowej | |
| Vidakis et al. | The impact of zinc oxide micro-powder filler on the physical and mechanical response of high-density polyethylene composites in material extrusion 3D printing | |
| Singh et al. | Enhanced mechanical properties of MWCNT reinforced ABS nanocomposites fabricated through additive manufacturing process | |
| Lorenzi et al. | Development of a polypropylene-based material with flame-retardant properties for 3D printing | |
| Hussain et al. | Circular production, designing, and mechanical testing of polypropylene-based reinforced composite materials: statistical analysis for potential automotive and nuclear applications |