RU2773376C2 - Композиционный материал - Google Patents
Композиционный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773376C2 RU2773376C2 RU2020110159A RU2020110159A RU2773376C2 RU 2773376 C2 RU2773376 C2 RU 2773376C2 RU 2020110159 A RU2020110159 A RU 2020110159A RU 2020110159 A RU2020110159 A RU 2020110159A RU 2773376 C2 RU2773376 C2 RU 2773376C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite material
- halloysite
- printing
- creating
- filler
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 6
- XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOC(=O)C(C)=C XDLMVUHYZWKMMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims abstract 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000996 additive Effects 0.000 abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 230000001747 exhibiting Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 229920003288 polysulfone Polymers 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- -1 amino compound Chemical class 0.000 description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 2
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile butadiene styrene Chemical compound C=CC=C.C=CC#N.C=CC1=CC=CC=C1 XECAHXYUAAWDEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000122 Acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 229920003247 engineering thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000747 poly(lactic acid) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 125000000467 secondary amino group Chemical group [H]N([*:1])[*:2] 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N silicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 125000001302 tertiary amino group Chemical group 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области создания композиционного материала, используемого в 3D-печати методом послойного наплавления (FDM), то есть создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели. Задачей настоящего изобретения является создание композиционного материала, предназначенного для 3D-печати, упрощенным технологическим процессом получения и обладающего рядом ценных физико-механических свойств. Композиционный материал, используемый в 3D-печати методом послойного наплавления (FDM) на основе полимерной матрицы и углеродного волокна, в котором используют в качестве термопластичного полимера предпочтительно термопластичного полиамида-6 или поликарбоната, а в качестве наполнителя модифицированного галлуазита, который получают путем модификации галлуазита 3-(триметоксисилил)пропилметакрилатом в количестве 20 масс. % от массы галлуазита. Техническим результатом настоящего изобретения является разработка композиционного материала, предназначенного для использования в аддитивных технологиях с улучшенными характеристиками. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области создания композиционного материала, используемого в 3D-печати методом послойного наплавления (FDM), то есть создание трехмерных объектов за счет нанесения последовательных слоев материала, повторяющих контуры цифровой модели.
На рынке материалов для аддитивного производства существует множество полимеров различного класса. Наиболее распространены полимерные материалы общетехнического назначения, а именно акрилонитрилбутадиенстирол и полилактид. Такие полимеры как поликарбонат и полиамид-6 используются значительно реже из-за более высокой температуры и сложности переработки во время печати. Но, зачастую свойства этих инженерных термопластов не подходят к некоторым случаям применения, при чем использование тугоплавких пластиков с более высокими свойствами не всегда возможно. Современные требования к создаваемым изделиям, заставляют исследователей искать решения, в области создания композиционных материалов, 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.
Известны некоторые разработки в области создания полимерных материалов, предназначенных для 3D-печати. Однако, большинство из них основаны на использовании в качестве полимерной матрицы полиэфиры. Так известна заявка на изобретение Японии №2000290506. «Полисульфоновая композиция и способ ее получения». Изобретение относится к способу получения композиционного материала с улучшенными механическими свойствами, без потери термической стабильности в процессе хранения и переработки. Композиционный материал основан на полисульфоне, модифицированном глиной интеркалированной аминосоединением. В качестве модификаторов глины использованы первичные, вторичные или третичные аминогруппы и/или соединения, которые имеют один или более заместителей, выбранных из группы ОН, эфирной группы. Органоглина входящая в состав полисульфоновой композиции имеет толщину пластины 500-2000 мкм. Недостатком композиционного материала является усложнение процесса получения за счет сильной агломерации наполнителя и необходимости предварительной подготовки слоистого силиката. Так же было отмечено, что композиционный материал по настоящему изобретению обладает недостаточно высокими физико-механическими характеристиками.
Авторы заявки на изобретение ВОИС №2004098853 описывают композиционный материал и метод для трехмерного моделирования. Композиционный материал включает в себя 70-99 масс. % полифениленсульфона и 1-25 масс. % поликарбоната. В качестве основного недостатка композиционного материала по изобретению можно отметить снижение модуля упругости при введении поликарбоната, что ограничивает материал в различных сферах применения. Композиционный материал по настоящему изобретению получают путем одновременной загрузки всех компонентов в виде порошков в смеситель для получения сухой смеси, которая в дальнейшем подвергается экструзии.
Наиболее близким по сущности и предлагаемому эффекту является композиционный материал по изобретению КНР №105506764.
Композиционный материал по изобретению получают пропитанный поликарбонатный волокнистый материал, характеризующийся тем, что наружный слой поликарбонатного волокнистого материала обработан расплавленным клеем, который равномерно обволакивает материал. Композиционный материал имеет следующий состав: 100 частей поликарбоната, 5-10 частей усиливающего агента, 5-8 частей клея-расплава, 3-5 частей порошка алюминия, 1-3 части порошка углерода, 1-5 частей смазки и 0,1-1 части антиоксиданта. Недостатком композиционного материала является сложность исполнения технологического процесса получения материала и использование дорогостоящих компонентов, что приводит к удорожанию конечного продукта.
Задачей настоящего изобретения является создание композиционного материала, предназначенного для 3D - печати, упрошенным технологическим процессом получения и обладающего рядом ценных физико-механических свойств.
Задача достигается путем экструзии полимерной матрицы на основе термопластичного полимера и наполнителя, причем количественное соотношение компонентов соответствует, масс.%:
| Полимерная матрица | 70-98,5 |
| Наполнитель | 0,5-25 |
| Углеродное волокно | 1-5 |
В качестве термопластичного полимера предпочтительно использование полиамида-6 или поликарбоната. В качестве наполнителя целесообразно использование модифицированного галлуазита (МГ). Для лучшего совмещения с полимерной матрицей галлуазит модифицировали 3- (триметоксисилил)пропилметакрилатом в количестве 20 масс.% от массы галлуазита. Модификацию проводили в ультразвуковой ванне в течение 30 мин. Затем полученную суспензию модифицированного галлуазита промывали в химически чистом этаноле путем центрифугирования и полученный модифицированный галлуазит сушили в сушильной печи при 80 °С в течение 12 ч.
Сущность изобретения поясняется следующими примерами.
Примеры 1-6 (предлагаемые)
В смеситель, нагретый до 45°С, при скорости вращения 1500 об/мин загружают полиамид-6 (ПА) или поликарбонат (ПК), наполнитель и углеродное волокно (УВ), в количественных соотношениях, представленных в таблице. Полученная смесь перерабатывается на двухшнековом экструдере с шестью зонами нагрева, прчем температуры в зонах нагрева экструдера при использовании полиамида-6 соответствуют - 200°С, 220°С, 230°С, 235°С, 240°С, 245°С; температуры при использовании поликарбоната соответствуют - 240°С, 250°С, 260°С, 265°С, 270°С, 275°С.
Испытуемые образцы в виде брусков и лопаток были получены из полимерной нити, диаметром 1,75 по ГОСТ 12423-66 на 3D-принтере Roboze One 400+. При печати образцов были выставлены следующие настройки принтера: высота слоя: 0,2 мм, ширина укладки нити: 0,45 мм, вид укладки - продольная, скорость укладки - 1800 мм/мин, температура печатит 280°С. Физико-механические испытания проводили на универсальной испытательной машине Gotech Testing Machine CT-TCS 2000, производство Тайвань, при температуре 23°С и скорости деформации ~ 2×10-3 с-1.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка композиционного материала, предназначенного для использования в аддитивных технологиях с улучшенными характеристиками.
Claims (3)
- Композиционный материал, используемый в 3D-печати методом послойного наплавления (FDM) на основе полимерной матрицы и углеродного волокна, отличающийся тем, что в качестве наполнителя включает в себя органомодифицированный галлуазит, при следующем соотношении, масс. %:
-
Полимерная матрица 70-98,5 Наполнитель 0,5-25 Углеродное волокно 1-5 - причем в качестве термопластичного полимера предпочтительно использование термопластичного полиамида-6 или поликарбоната, а в качестве наполнителя модифицированный галлуазит, который получают путем модификации галлуазита 3-(триметоксисилил)пропилметакрилатом в количестве 20 масс. % от массы галлуазита.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020110159A RU2773376C2 (ru) | 2020-03-10 | Композиционный материал |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020110159A RU2773376C2 (ru) | 2020-03-10 | Композиционный материал |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020110159A3 RU2020110159A3 (ru) | 2021-09-10 |
| RU2020110159A RU2020110159A (ru) | 2021-09-10 |
| RU2773376C2 true RU2773376C2 (ru) | 2022-06-02 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105506764B (zh) * | 2015-12-25 | 2017-07-07 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种用于三维打印的浸胶聚碳酸酯丝料及其制备方法 |
| RU2646435C2 (ru) * | 2016-08-01 | 2018-03-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Композиционный материал |
| WO2018144141A1 (en) * | 2017-02-02 | 2018-08-09 | Imerys Talc America, Inc. | Improving inter-road adhesion and coalescence in plastic parts fabricated in 3d printing |
| RU2688140C1 (ru) * | 2018-09-18 | 2019-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Композиционный материал на основе полифениленсульфона и способ его получения |
| WO2019157296A2 (en) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | Essentium Materials, Llc | Multiple layer filament and method of manufacturing |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105506764B (zh) * | 2015-12-25 | 2017-07-07 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种用于三维打印的浸胶聚碳酸酯丝料及其制备方法 |
| RU2646435C2 (ru) * | 2016-08-01 | 2018-03-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Композиционный материал |
| WO2018144141A1 (en) * | 2017-02-02 | 2018-08-09 | Imerys Talc America, Inc. | Improving inter-road adhesion and coalescence in plastic parts fabricated in 3d printing |
| WO2019157296A2 (en) * | 2018-02-08 | 2019-08-15 | Essentium Materials, Llc | Multiple layer filament and method of manufacturing |
| RU2688140C1 (ru) * | 2018-09-18 | 2019-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Композиционный материал на основе полифениленсульфона и способ его получения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Meng et al. | Effect of nanoparticles on the mechanical properties of acrylonitrile–butadiene–styrene specimens fabricated by fused deposition modeling | |
| Liu et al. | Polylactic acid-based wood-plastic 3D printing composite and its properties | |
| JP6255141B2 (ja) | ３次元造形物の製造方法、及び３次元造形物製造用のフィラメント | |
| CN103374197B (zh) | 一种高强度碳纤维增强聚醚醚酮复合材料及其制备方法 | |
| CN101707929A (zh) | 复合聚酰胺制品 | |
| CN109306179B (zh) | 聚酰胺5x作为增强热塑性组合物表观质量改善剂的用途 | |
| CN104479349B (zh) | 一种用于3d打印的阻燃复合材料及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Lignocellulose nanofiber/polylactic acid (LCNF/PLA) composite with internal lignin for enhanced performance as 3D printable filament | |
| CN107652668A (zh) | 一种可用于3d打印的增强增韧尼龙材料及其制备方法 | |
| CN109777091A (zh) | 一种3d打印用高强耐磨尼龙复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN107778846A (zh) | 一种可用于增材制造的聚酰胺6改性材料及其制备方法 | |
| CN108102369A (zh) | 耐高温耐磨高填充复合材料及其制备方法 | |
| Hao et al. | Fabrication of long bamboo fiber-reinforced thermoplastic composite by extrusion and improvement of its properties | |
| CN106633582B (zh) | 一种用于3d打印的聚丙烯组合物及其制备方法 | |
| KR101905710B1 (ko) | 현무암 섬유가 충진된 3d 프린팅용 열가소성 필라멘트 및 이를 이용해 제조된 섬유강화 복합재료 | |
| RU2773376C2 (ru) | Композиционный материал | |
| CN109438866B (zh) | 3d打印用碳纤维/abs复合材料及其制备方法 | |
| CN108117744A (zh) | 一种用于增材制造的尼龙材料及其制备方法 | |
| CN107841134A (zh) | 一种可用于增材制造增强增韧尼龙材料的制备方法 | |
| CN109880358B (zh) | 一种低翘曲增强pa材料及其制备方法和在3d打印中的应用 | |
| CN103980690A (zh) | 一种3d打印改性聚醚酮树脂材料及其制备方法 | |
| CN113185801B (zh) | 一种可应用于空间环境的聚醚醚酮复合材料3d打印丝材及其制备方法 | |
| CN108148362B (zh) | 一种pa工程塑料用具有内外润滑作用的组合物 | |
| KR102411285B1 (ko) | 3d 프린터 출력물의 물성 조절용 마스터배치 조성물 | |
| CN101891956B (zh) | 一种油密封件用纳米凹凸棒土增强的聚酰亚氨模塑料及其制备方法 |