RU2686916C1 - Композиционный материал - Google Patents
Композиционный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2686916C1 RU2686916C1 RU2018107186A RU2018107186A RU2686916C1 RU 2686916 C1 RU2686916 C1 RU 2686916C1 RU 2018107186 A RU2018107186 A RU 2018107186A RU 2018107186 A RU2018107186 A RU 2018107186A RU 2686916 C1 RU2686916 C1 RU 2686916C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- printing
- transition temperature
- glass transition
- ppsn
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229920012287 polyphenylene sulfone Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000004035 construction material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 229920000491 Polyphenylsulfone Polymers 0.000 description 2
- 229920003295 Radel® Polymers 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- -1 polyphenylene Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000012765 fibrous filler Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920001652 poly(etherketoneketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920000412 polyarylene Polymers 0.000 description 1
- 229920006260 polyaryletherketone Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L81/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of polysulfones; Compositions of derivatives of such polymers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области создания композиционного материала предназначенных в качестве суперконструкционных материалов, используемых в 3D-печати методом послойного наплавления (FDM), то есть создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. Описан композиционный материал по настоящему изобретению, который получают путем экструзиооного смешения полифениленсульфона (ПФСн) с температурой стеклования 200,5°С, с высокомолекулярным ПФСн с температурой стеклования 214°С совместно с наполнителем на основе молотых углеродных волокон. Технический результат состоит в том, что полученный композиционный материал, предназначенный для 3D печати, обладает улучшенными механическими характеристиками. 1 н.п. ф-лы, 5 табл.
Description
Изобретение относится к области создания композиционного материала предназначенных в качестве суперконструкционных материалов, используемых в 3D-печати методом Fused deposition modeling (FDM), то есть создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели.
Наука и инноватика регулярно предлагают новые материалы для 3D-печати. Базовой наукой, поставляющей производителям 3D-принтеров большую часть сырья для прототипирования по-прежнему остается композиционные материалы на основе полифениленов. На данный момент, очень сложно представить себе более практичный и дешевый «расходник» для создания прототипов, чем производные высокомолекулярной химической технологии. Однако, современные требования к создаваемым изделиям, заставляют исследователей искать решения, в области создания композиционного материала обладающих улучшенными характеристиками.
Свойства напечатанных образцов находятся в прямой зависимости от степени сплавления нитей. Для достижения хорошего качества печати и достаточной плотности напечатанных образцов, обеспечивающих высокие физико-механические свойства, встает задача по оптимизации реологических свойств материала. Особенно это актуально для волокнонаполненных композиционных материалов, так как волокнистые наполнители значительно повышают вязкость расплава, что приводит к недостаточному сцеплению нитей при 3D-печати и, соответственно, к низким физико-механическим свойствам. Исходя из этого, существующие промышленные марки волокнонаполненных полимерных материалов перерабатываются только традиционными методами (литьем, экструзией, прессованием) и непригодны для 3D-печати.
Из уровня техники известен патент на изобретение US 6495615 от 16.02.2001 г., относящийся к композиционным материалом с улучшенной ударной вязкостью, содержащей: а) термопластичную полиэфирсульфоновую смолу и б) стекловолокно, обработанное полиолефиновым воском. Стеклянная смесь полиэфирсульфоновой смолы обладает высоким модулем и улучшенной ударной вязкостью. Основным недостатком указанной композиции является использование стекловолокна, дополнительно обработанное воском, которое влечет за собой пределенную сложность технологического процесса получения композита.
Заявка на изобретение ЕР 20060118409 от 03.08.2006 г. раскрывает полимер в состав которого входят полиарилэфиркетон (выбранный из полиэфирэфиркетонов, полиэфиркетекетонов и сополимеров полиэфиртеркетон-полиэфиркетонкетона), полифенилсульфона, армирующего волокна, а так же цинк содержащее волокно. В качестве полифениленсульфонов используется полимер таких торговых марок, как REDEL R-5100 NT и REDEL R-5000 NT.
Недостатком способа получения по настоящему изобретению является использование дорогостоящего полиариленэфиркетона, который повышает стоимость конечного продукта. Так же в качестве недостатка можно указать большое количество наполнителя, до 75 масс. %., ведь как известно очень трудно получить высокое содержание наполнителя в композите, так как требуется большое количество полимера для смачивания суммарной поверхности частиц этого наполнителя.
Наиболее близким по сущности и предлагаемому эффекту является композиционный материал по заявке на изобретение WO 2014202673 от 24.12.2014 г. описывающий Композицию, включающую в себя от 1 до 90 мас. % по меньшей мере одного полиэфиримидного полимера, от 5 до 94 мас. % по меньшей мере одного полифенилсульфонового полимера и от 5 до 75 мас. %. по меньшей мере одного волокнистого армирующего наполнителя (стекловолокно или углеродное волокно). В качестве полимерсульфонового полимера автор изобретения предполагает использование РАДЭЛ RG-5010 и РАДЭЛ RG-5030 с температурой стеклования 220°С, от производителя Solvay Specialty Polymers USA.
Задачей настоящего изобретения является создание композиционного материала предназначенных для 3D печати с улучшенными механическими характеристиками.
Задача решается путем получения композиционного материала на основе полифениленсульфона (ПФСн) с температурой стеклования 200,5°С, с высокомолекулярным ПФСн с температурой стеклования 214°С совместно с наполнителем на основе молотых углеродных волокон. Композиционный материал по изобретению состоит из матричного полимера со специально подобранными реологическими свойствами, который представляет собой смесь полимеров с определенными значениями молекулярной массы. При наполнении данной смеси углеродными волокнами, композиционный материал сохраняет высокую текучесть расплава, что обеспечивает высококачественную печать. Модуль упругости образцов напечатанных из армированных материалов превосходит соответствующее свойство образцов из ненаполненного полимера примерно на 250%.
Получение композиционных материалов производилось методом экструзионного смешения в расплаве на двухшнековом микроэкструдере Twin Tech Screw 10 mm (Великобритания). Режимы экструдирования представлены в табл. 1.
Перед экструзией компоненты сушились в вакуумном шкафу при температуре 150°С, в течении 10 часов, затем смешивались на высокоскоростном смесителе при 700 об/мин., в течение 3 мин.
Технологический режим получения нити для 3D печати из данного состава приведен в таблице 1.
В качестве матрицы в композиционном материале использовалась смесь полифениленсульфона (ПФСн) с температурой стеклования 200,5°С, приведенной вязкостью 0,3 дл/г (ПТР при 350°С при нагрузке 5 кг - 95 г/10 мин) и молекулярной массой 28000 г/моль, с высокомолекулярным ПФСн с температурой стеклования 214°С, приведенной вязкостью 0,43 дл/г (ПТР при 350°С при нагрузке 5 кг - 40 г/10 мин) и молекулярной массой 44000 г/моль. В качестве наполнителя использовались молотые углеродные волокна с длиной волокон 0,2 мм в количестве 3-20 масс. %.
ПФСн с температурой стеклования 200,5°С и ПФСн с температурой стеклования 214°С в композиционном материале используются в соотношении 1:1 соответственно.
Композиционный материал получали методом экструзии, с одновременным получение нити с диаметром 1,75 мм для печати. Печать проводилась при различных значениях угла ориентации нитей и воздушного зазора. Основные механические свойства напечатанных образцов приведены в табл. 2-5.
Технический результат - получение композиционного материала с улучшенными механическими характеристиками для 3D-печати методом FDM, предназначенных в качестве суперконструкционных материалов
Claims (1)
- Композиционный материал для 3D-печати методом послойного наплавления (FDM), предназначенный в качестве суперконструкционных материалов на основе полифениленсульфона с температурой стеклования 200,5°С и наполнителем на основе молотых углеродных волокон, отличающийся тем, что также в качестве компонента смеси используется высокомолекулярный полифениленсульфон с температурой стеклования 214°С.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107186A RU2686916C1 (ru) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | Композиционный материал |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018107186A RU2686916C1 (ru) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | Композиционный материал |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2686916C1 true RU2686916C1 (ru) | 2019-05-06 |
Family
ID=66430330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018107186A RU2686916C1 (ru) | 2018-02-26 | 2018-02-26 | Композиционный материал |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2686916C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160122541A1 (en) * | 2014-11-04 | 2016-05-05 | Stratasys, Inc. | Break-away support material for additive manufacturing |
| CN106626383A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-10 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种高温fdm3d打印设备 |
| US20170341301A1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-11-30 | University Of South Carolina | Composite Continuous Filament for Additive Manufacturing |
-
2018
- 2018-02-26 RU RU2018107186A patent/RU2686916C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160122541A1 (en) * | 2014-11-04 | 2016-05-05 | Stratasys, Inc. | Break-away support material for additive manufacturing |
| US20170341301A1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-11-30 | University Of South Carolina | Composite Continuous Filament for Additive Manufacturing |
| CN106626383A (zh) * | 2016-11-28 | 2017-05-10 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种高温fdm3d打印设备 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Применение 3D-технологий в ортопедической стоматологии/ В. А. Шустова, М. А. Шустов. - Санкт-Петербург: СпецЛит, 2016. - 159 с., стр. 37. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10875974B2 (en) | Method to manufacture polymer composite materials with nano-fillers for use in additive manufacturing to improve material properties | |
| US11168186B2 (en) | Random mat and fiber-reinforced composite material shaped product | |
| Zhang et al. | Recent progress of 3D printed continuous fiber reinforced polymer composites based on fused deposition modeling: a review | |
| CN102099403B (zh) | 增强的热固性聚合物复合物的制备方法 | |
| RU2730361C2 (ru) | Препрег, слоистое тело, армированный волокном композитный материал и способ изготовления армированного волокном композитного материала | |
| CN103980657B (zh) | 一种3d打印改性酚醛树脂材料及其制备方法 | |
| Pandelidi et al. | The technology of continuous fibre-reinforced polymers: a review on extrusion additive manufacturing methods | |
| CN106366615A (zh) | 一种用于三维打印的纳米纤维素/光固化树脂材料及其制备方法与应用 | |
| Martikka et al. | Mechanical properties of 3D-printed wood-plastic composites | |
| CN112140533B (zh) | 一种连续纤维与颗粒基体材料复合的3d打印装置及方法 | |
| Selvamani et al. | 3D printing: Overview of ABS evolvement | |
| TW201522023A (zh) | 模塑非織造碳纖維網墊的方法及其相關模製產品 | |
| RU2686916C1 (ru) | Композиционный материал | |
| Li et al. | A review of the mechanical properties of additively manufactured fiber reinforced composites | |
| Darji et al. | Mechanical characterization of additively manufactured polymer composites: a state‐of‐the‐art review and future scope | |
| Gackowski et al. | Hybrid additive manufacturing of polymer composites reinforced with buckypapers and short carbon fibres | |
| CN114269854A (zh) | 聚合物基复合材料的选择性烧结 | |
| Bouzidi et al. | 3D printable fully biomass-based composite using poly (furfuryl alcohol) as binder and cellulose as a filler | |
| CN108112255B (zh) | 柔性金属聚合物复合材料 | |
| CN101171114A (zh) | 从高密度玻璃微粒生产复合部件的方法 | |
| Ghanem et al. | Rotational molding of plasma treated polyethylene/short glass fiber composites | |
| EP4182382B1 (en) | Process for preparing a continuous fiber filament, continuous fiber filament and use thereof | |
| Sharma et al. | Effect of FDM printing parameters on the properties of carbon fiber reinforced PET-G composite | |
| Dvořáčková et al. | Thermal expansion of composite system epoxy resin/recycled carbon fibers | |
| Zhang et al. | Designing and Fast 3D Printing of Continuous Carbon Fibers for Biomedical Applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201023 Effective date: 20201023 |