Sviluppo di miscele stampate termoresistenti FDM. La preparazione delle miscele GPET / PC e la valutazione delle prestazioni dei materiali

Stampa 3D FDM con compositi: preparazione e valutazione di miscele GPET / PC

Il ruolo dei compositi continua a crescere per gli utenti della stampa 3D impegnati in una vasta gamma di progetti. In ‘ Sviluppo di miscele stampate termoresistenti FDM. La preparazione delle miscele GPET / PC e la valutazione delle prestazioni dei materiali ” , gli autori Jacek Andrzewski e Lidia Marciniak-Podsadna affrontano l’argomento in corso a livello mondiale di miglioramento dei materiali per la stampa 3D FDM.

Andrzewski e Marciniak-Podsadna si concentrano sullo sviluppo di polimeri con una base di polietilene tereftalato copolimero / policarbonato (GPET / PC). I policarbonati sono popolari in applicazioni come l’automotive, l’elettronica, la costruzione di macchine e altro, divisi in polimeri di stirene come acrilonitrile-butadiene-stirene (ABS) e acrilonitrile-stirene-acrilato (ASA) e poliesteri termoplastici da cui materiali come polietilene tereftalato omopolimero ( PET) e polibutilene tereftalato PBT sono derivati.

Nel valutare il potenziale di prestazioni nella stampa 3D FDM, gli autori hanno considerato la resistenza termomeccanica come il dettaglio più importante nei test, rispetto a molti altri studi incentrati sulla viscosità del policarbonato.

“La viscosità dei materiali destinati alla stampa a modellazione a deposizione fusa (FDM) è anche uno dei parametri importanti che possono costituire un campo di modifica. A causa dell’elevata viscosità del PC, la temperatura di plastificazione può raggiungere anche i 300 ° C o più “, hanno spiegato i ricercatori. “Tuttavia, il problema principale relativo alla stampa di materiali basati su PC è la tendenza alla deformazione. La temperatura di transizione vetrosa del PC (Tg ≈ 150 ° C) è la ragione dei fenomeni negativi durante il processo di stampa; gli effetti sono il restringimento e la deformazione dei modelli, pertanto è necessario l’uso di una camera riscaldata durante il processo.

“A parte le difficoltà legate alla stampa da PC, la sua elevata resistenza termomeccanica presenta grandi vantaggi nel contesto delle applicazioni.”

I ricercatori hanno utilizzato un estrusore bivite corotante ZAMAK EH16D , con una velocità operativa di 100 rpm. I pellet essiccati sono stati estrusi con un ugello da 3 mm e una temperatura di 260 ° C. I campioni sono stati quindi fabbricati su una stampante Prusa i3 MK3 , al 100% di densità di riempimento, con un ugello in ottone da 0,4 mm.

I risultati del test meccanico per trazione statica e metodo di flessione e test di resistenza agli urti Izod dentellato.

“A causa dell’elevata viscosità del filamento di PC puro, anche a 285 ° C, la stampa uniforme era impossibile, quindi i campioni di PC puro sono stati preparati mediante stampaggio a iniezione”, hanno affermato i ricercatori. “Sono stati preparati campioni cubici con una lunghezza laterale di 50 mm per valutare l’accuratezza della geometria del modello stampato.”

Il campione GPET / PC (25/75) è stato l’unico a mostrare una notevole resistenza all’impatto. La massima rigidità nei campioni compositi è stata visualizzata nei campioni GPET / PC (50/50). Il campione GPET / PC (25/75) è stato l’unico a mostrare “significativa resistenza al doppio impatto”. E di notevole interesse è stata la miscela PET / PC (50/50), che mostra il modulo E e la resistenza più elevati.

I risultati dell’analisi termica meccanica dinamica per miscele di polietilene tereftalato copolimero / policarbonato (GPET / PC). (A) termogrammi modulo memoria e (B) curve tan δ.

Grafici modulo di memoria (A) e tan δ (B) per campioni compositi. I grafici confrontano i risultati per i campioni GPET / PC (50/50) -T10 e PET / PC (50/50) -T10 rinforzati con il 10% di talco, i grafici sono combinati con termogrammi per miscele non rinforzate.

“Considerando l’equilibrio delle proprietà meccaniche, termiche e reologiche dei materiali preparati, le miscele GPET / PC (50/50) sono state caratterizzate dalle migliori proprietà”, hanno concluso i ricercatori.

“La resistenza termica dei campioni PET / PC (50/50) era ancora più elevata, tuttavia, dato l’uso previsto come materiali di stampa 3D, l’aggiunta della fase PET peggiora significativamente le tendenze al restringimento e alla deformazione dei modelli stampati. L’aggiunta di particelle di talco aumenta notevolmente la rigidità della miscela a base GPET, mentre le proprietà dei compositi PET / PC (50/50) -T10 sono cambiate solo leggermente. La miscibilità dei sistemi GPET / PC, che in pratica significa che non è necessario utilizzare compatibilità o elaborazione reattiva per miscele di questo tipo, è un fenomeno degno di nota. Le proprietà delle miscele miscibili sono di solito direttamente proporzionali al contenuto dei singoli polimeri, secondo la regola della miscela. “

Confronto delle scansioni 3D e della deformazione del campione reale per diversi tipi di GPET / PC. (A) campione GPET puro, (B) campione GPET / PC (75/25), campione (C) GPET / PC (50/50) e campione (D) GPET / PC (25/75).

Confronto delle scansioni 3D e della deformazione del campione reale per miscele e compositi al 50/50%. (A, B) materiali a base GPET e campioni (C, D) a base PET.

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