【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及适用于通过增材制造技术方式来制造三维制品的聚合物材料。特别地，本专利技术涉及基于聚乙烯的聚合物共混物在基于材料挤出的3d打印方法中的用途。
技术介绍
1、根据iso 52900-2015标准，术语“增材制造”是指使用连续材料层来创建三维(3d)物体的技术。在增材制造方法中，基于要生产的3d物体的数字模型，在计算机控制下沉积、施加或固化材料，以创建3d制品。3d制品的数字模型可以例如通过使用cad软件或3d物体扫描仪来创建。
2、增材制造方法也指使用术语如“生成式制造方法”或“3d打印”。术语“3d打印”最初用于麻省理工学院(mit)在20世纪90年代创建的基于喷墨打印的am方法。与基于通过成型/铸造或从原材料中减去/加工材料来创造物体的常规技术相比，增材制造技术采用了根本上不同的制造方法。特别是，增材制造技术可在不增加制造成本的情况下改变每个物体的设计，从而为宽范围的产品提供量身定制的解决方案。
3、通常，在增材制造方法中，使用不成形材料(例如液体、粉末、颗粒剂、糊状物等)和/或形状中性材料(例如带、线、细丝)来制造3d制品，所述材料经受化学和/或物理方法(例如熔化、聚合、烧结、固化或硬化)。增材制造技术的主要类别包括vat光聚合、材料挤出、材料喷射、粘合剂喷射、粉末床融合、直接能量沉积和片材层合技术。广泛使用的基于材料挤出的增材制造技术包括熔丝制造(fff)和熔粒制造(fpf)。
4、在熔丝制造(fff)方法(也称为熔融沉积造型(fdm))中，使用长丝形式的聚合物材料基于3d制
5、用于熔丝制造和熔粒制造方法的常用热塑性材料特别包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚乳酸(pla)、聚碳酸酯(pc)和聚酰胺。例如，公开专利申请ep 3 476 898 a1公开了用于3d打印的热塑性聚合物组合物，其包含至少25重量％的无定形聚酰胺、至少5重量％的结晶或半结晶热塑性聚合物，以及任选至少1重量％的填料。
6、高密度聚乙烯(hdpe)由于其高强度和低成本而在许多商业应用中是常用的材料。然而，由于聚合物材料在冷却时的固有收缩和对建筑板的低粘附性，众所周知使用hdpe作为3d打印的材料(特别是在材料挤出3d打印中)是困难的。因此，hdpe通常不是用于3d打印的优选材料。然而，在一些工业应用中，例如对于用于输送饮用水、废水、浆料、化学品、危险废物或压缩气体的管道，根据iso/tr 9080，要求至少10mpa的最小要求强度(mrs)。在这些应用中，仅有具有特别高强度的聚乙烯(例如pe100)可被使用。pe100的高密度和结晶度使其极难用于3d打印，这主要是由于材料在冷却时的高收缩性。
7、在3d打印中使用高强度聚乙烯的挑战至少可以通过仔细控制工艺参数以及通过将其他聚合物与聚乙烯材料共混而在一定程度上得到缓解。另一公开专利申请wo 2020/028013 a1公开了用于熔丝制造(fff)的方法，其包括使用包含高密度聚乙烯(hdpe)和第二聚合物的热塑性共混物，其中高密度聚乙烯的量与第二热塑性聚合物的量的重量比在1.5:1至20:1的范围内。然而，hdpe与第二聚合物(例如低密度聚乙烯(ldpe))的混合强烈影响3d打印制品的机械性能。
8、因此，需要适合用作3d打印材料的高强度聚乙烯基材料，特别是用于使用熔丝制造(fff)或熔粒制造(fpf)技术操作的3d打印机。
技术实现思路
0、专利技术概述
1、本专利技术的目的是提供基于高强度聚乙烯的材料，其适用于使用基于材料挤出的3d打印技术(特别是熔丝制造(fff)或熔粒制造(fpf)方法)提供三维制品。
2、令人惊讶的是，已经发现此目的可以通过权利要求1的特征来实现。
3、尤其是已经发现，如权利要求1所述的聚合物材料能够使用基于材料挤出的3d打印技术快速且经济高效地生产具有复杂形状的定制3d制品，其中所述3d制品具有根据iso/tr 9080的至少10mpa的最小强度(mrs)。
4、本专利技术的聚合物材料的优点之一是，可以提高用于3d打印应用的基于聚乙烯的基础材料的适用性，而不会对聚合物材料的其他性能，特别是材料的强度产生负面影响。此外，添加到基础聚乙烯材料中的附加成分不会显著增加聚合物材料的总成本。
5、本专利技术的其他主题在其他的独立权利要求中进行了定义。在整个说明书和从属权利要求中概述了优选实施方案。
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1.聚合物材料用于通过增材制造方法制造3D制品的用途，所述聚合物材料包含：
2.根据权利要求1所述的用途，其中所述增材制造方法是熔丝制造方法或熔粒制造方法。
3.根据权利要求1或2所述的用途，其中所述至少一种聚乙烯PE具有根据ISO 1133-1:2011标准测定的至少1g/10min的熔体流动指数(190℃/2.16kg)，优选至少2.5g/10min。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种聚乙烯PE具有在23℃下根据ISO 178:2019标准测定的至少450MPa、优选至少550MPa的弯曲模量和/或根据ISO11357-3:2018标准通过差示扫描量热法(DSC)使用2℃/min的加热速率测定的在100℃或更高、优选在105℃或更高的熔融温度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种聚乙烯PE占所述聚合物材料的总重量的至少50重量％，优选至少75重量％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种固体填料F具有不大于50μm、优选不大于35μm的基于体积的平均颗
7.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种固体填料F选自玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和针状硅灰石，优选选自玻璃纤维和针状硅灰石。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种固体填料F占所述聚合物材料总重量的5-35重量％，优选10-25重量％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种成核剂N选自纳米级碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、二氧化硅、膨胀石墨、蒙脱土、滑石、多壁碳纳米管、蛭石纳米复合矿物、1,2-环己烷二羧酸、钙盐、蒽、邻苯二甲酸氢钾、苯甲酸及其衍生物，和苯甲酸钠及其衍生物。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种成核剂N占所述聚合物材料总重量的0.1-10重量％，优选1.5-5重量％。
11.用于生产3D制品的方法，其包括以下步骤：
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述3D打印机是熔丝制造或熔粒制造打印机。
13.3D制品，其使用权利要求1-10中任一项所述的聚合物材料通过增材制造方法获得。
14.根据权利要求13所述的3D制品，其中所述增材制造方法是熔丝制造或熔粒制造方法。
15.根据权利要求13或14所述的3D制品，其中所述制品是管道或管道连接器。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.聚合物材料用于通过增材制造方法制造3d制品的用途，所述聚合物材料包含：
2.根据权利要求1所述的用途，其中所述增材制造方法是熔丝制造方法或熔粒制造方法。
3.根据权利要求1或2所述的用途，其中所述至少一种聚乙烯pe具有根据iso 1133-1:2011标准测定的至少1g/10min的熔体流动指数(190℃/2.16kg)，优选至少2.5g/10min。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种聚乙烯pe具有在23℃下根据iso 178:2019标准测定的至少450mpa、优选至少550mpa的弯曲模量和/或根据iso11357-3:2018标准通过差示扫描量热法(dsc)使用2℃/min的加热速率测定的在100℃或更高、优选在105℃或更高的熔融温度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种聚乙烯pe占所述聚合物材料的总重量的至少50重量％，优选至少75重量％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用途，其中所述至少一种固体填料f具有不大于50μm、优选不大于35μm的基于体积的平均颗粒直径d50和/或至少5μm、更优选至少10μm的基于体积的平均颗粒长度l50。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用途，...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·休布谢尔，P·许铂，R·兹洛特兹，W·卡尔，
申请(专利权)人：SIKA技术股份公司，
类型：发明
国别省市：
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