Elektrycznie przewodzące kompozyty PEEK do druku 3D FDM

PEEK ma dobrą odporność chemiczną, wysoką temperaturę zeszklenia, wysoką ciągłą temperaturę pracy i doskonałe właściwości mechaniczne. Chociaż PEEK nadaje się do drukowania i wymaga drukarki 3D o wysokiej temperaturze, zapewnia niezrównaną wydajność w drukowanych częściach polimerowych 3D. Materiał jest używany w lotnictwie i wyścigach samochodowych i może zmienić sposób produkcji części w produkcji. Co by było, gdybyś mógł wziąć ten mocny materiał i uczynić go przewodzącym? Następnie można było tworzyć bardziej złożone części funkcjonalne, które mogłyby być wysoce funkcjonalne. CD3D .

Zespół składający się z naukowców z Uniwersytetu Minho w Portugalii, Leibniz Institute of Polymer Research w Dreźnie oraz z Holenderskiego Europejskiego Centrum Badań Kosmicznych i Technologii, niedawno opublikował pracę zatytułowaną "Przewodzące elektrycznie przewodzące polieteroeteroketonowe włókna: od produkcji do stopionego modelowania osadzania", omawiają, w jaki sposób opracowali 1.75 mm elektrycznie przewodzące włókna oparte na PEEK do drukowania 3D FDM za pomocą metod mieszania w stopie i plastyfikacji.

Streszczenie brzmi: "Niniejsza praca przedstawia produkcję i charakterystykę polieteroeteroketonu ( PEEK) nanokompozytowe włókna zawierające nanorurki węglowe (CNT) i grafitowe nanopłytki (GnP), elektrycznie przewodzące i odpowiednie do modelowania topionego osadzania (FDM). Nanokompozyty wytworzono przez mieszanie w stanie stopionym i te, które wykazują przewodność elektryczną w pobliżu 10 S / m, wybrano do wytwarzania włókien ciągłych do FDM. Wytłaczane włókna ciągłe zostały scharakteryzowane pod względem przewodności mechanicznej i cieplnej, krystaliczności polimeru, relaksacji termicznej, dyspersji nanocząstek, efektu termoelektrycznego i współczynnika tarcia. Przedstawiały one przewodnictwo elektryczne w zakresie od 1,5 do 13,1 S / m, a także dobre parametry mechaniczne i wyższe przewodnictwo cieplne w porównaniu z PEEK. Dodatek GnP poprawił przetwarzalność stopu kompozytów, utrzymał przewodnictwo elektryczne na poziomie docelowym i zmniejszył współczynnik tarcia nawet o 60%. Ostatecznie wyprodukowano trójwymiarowe (3D) wydrukowane próbki testowe, wykazujące moduł Younga i najwyższą wytrzymałość na rozciąganie porównywalne z wytrzymałością filamentów, ale mniejsze odkształcenie przy zerwaniu i przewodność elektryczną. Zostało to przypisane obecności dużych pustek w części, ujawniając potrzebę parametru drukowania 3Doptymalizacja. Wreszcie, produkcja żarników została zwiększona do kilogramowej skali, zachowując właściwości filamentów w skali badawczej. "

Z powodu wcześniejszych badań wykazujących, że morfologia nanorurek węglowych (CNT) znajduje się pomiędzy nanopłytami grafenu (GnP) aby utworzyć mosty miały dobre właściwości, ale o wiele mniej efektywną sieć elektryczną, zespół postanowił przygotować hybrydowe / trójskładnikowe nanokompozyty PEEK / CNT / GnP o różnych składach, stosując mieszanie w stanie stopionym i mierząc ich przewodność elektryczną.

"Wybrane nanokompozyty zostały następnie wytłoczone na filamenty, które również scharakteryzowano. Na koniec, wybrane włókna zostały wykorzystane do wytwarzania prętów rozciągliwych przy użyciu komercyjnej drukarki 3D. Chociaż na każdym etapie przetwarzania wytwarzano kompozyty o niższym przewodnictwie elektrycznym, osiągnięto wartości rzędu 10 S / m we wytworzonych włóknach. W związku z tym pomyślnym wynikiem Europejska Agencja ds. Badań Naukowych przetestowała te filamenty w swoich programach satelitów "- napisali naukowcy.

Zespół wykorzystał materiał PEEK brytyjskiej firmy Victrex, która specjalizuje się w wysokowydajne, wysokotemperaturowe materiały. Wytwarzali oni i granulowali nanokompozyty - PEEK był podawany jako pierwszy, a po tym, jak został zmuszony do stopienia, dodano MWCNT i GnP. Następnie otrzymane kompozyty poddano peletyzacji i naukowcom udało się uzyskać filamenty o średnicy 1,75 mm.

Badanie próbek rozciągliwych PEEK, druk 3D na urządzeniu INDMATEC HPP 155, obejmowało pomiar przewodności elektrycznej żarnika, właściwości termoelektryczne i wskaźnik płynięcia stopu (MFI), badanie jego wytrzymałości na rozciąganie i pomiary różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC).

"Próbki hantli wytworzone przez druk 3D zostały poddane próbie rozciągania na Zwick / Roell Z100 przy użyciu Obciążenie 2,5-kN i prędkość głowicy krzyżowej 1 mm / min. Przekroje próbek rozciągających pocięto na próbki o grubości 15 μm za pomocą mikrotomu i obserwowano pod mikroskopem optycznym, Olympus BH2, w trybie transmisji. "

Dodanie GnP do nanokompozytu w przypadku PEEK i MWCNT indukowano dalszy wzrost poziomu przewodnictwa elektrycznego.

"Co ciekawe, włączenie GnP do matrycy miało mniejszy niekorzystny wpływ na przetwarzalność niż MWCNT, co wykazał niewielkie zmiany spowodowane wskaźnikiem płynięcia, momentem obrotowym silnika wytłaczarki oraz temperaturą stopu ", napisali naukowcy.

Dodanie kombinacji MWCNT / GnP do PEEKbył w stanie rozsądnie poprawić granicę plastyczności materiału i moduł Younga, chociaż obniżył plastyczność filamentów PEEK.

"Chociaż przewodność elektryczna włókien była mniejsza niż w przypadku równoważnych nanokompozytów, przy dostatecznie dużym wypełnieniu zawartość, wartości zbliżone do 10 S / m były nadal obserwowane "- podsumowali naukowcy. "Poprawiono również przewodność cieplną. Ponadto parametry termoelektryczne były podobne lub wyższe niż te opisane w literaturze dla innych kompozytów na bazie PEEK. W tym przypadku efekt smarowania grafitu widoczny dla nanokompozytów spowodował godne uwagi zmniejszenie współczynnika tarcia. Takie zachowanie powinno mieć znaczenie dla zastosowań wymagających właściwości tribologicznych, takich jak koła zębate. "