EP4041807A1 - Poudres de polyamide et leur utilisation dans les procedes d'agglomeration de poudres par fusion - Google Patents

Poudres de polyamide et leur utilisation dans les procedes d'agglomeration de poudres par fusion

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EP4041807A1
EP4041807A1 EP20797829.7A EP20797829A EP4041807A1 EP 4041807 A1 EP4041807 A1 EP 4041807A1 EP 20797829 A EP20797829 A EP 20797829A EP 4041807 A1 EP4041807 A1 EP 4041807A1
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EP
European Patent Office
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powder
acid
polyamide
chain
bis
Prior art date
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Pending
Application number
EP20797829.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Emilie-Marie SOARES LATOUR
Ornella ZOVI
Arnaud Lemaitre
Hervé Ster
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Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
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Filing date
Publication date
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    • C08K5/372—Sulfides, e.g. R-(S)x-R'

Definitions

  • the present invention relates to powders of polymers, in particular of polyamides, intended for use in processes for the agglomeration of powders by fusion and which can be recycled several times.
  • the technology of agglomeration of polyamide powders is used to manufacture three-dimensional objects by adding or agglomerating powder by melting layer by layer.
  • This technology is used in particular to manufacture prototypes and models, in various fields such as automotive, nautical, aeronautics, aerospace, the medical field, textiles, clothing, decoration, etc. housings for electronics, telephony, home automation, IT and lighting, fashion, sport, and industrial tools.
  • the agglomeration of powders by fusion is caused by radiation, such as for example a laser beam (also known as laser sintering or laser sintering), infrared radiation, UV radiation, LED-type radiation, or any source of electromagnetic radiation making it possible to melt the powder layer by layer to produce three-dimensional objects.
  • a thin layer of polyamide powder is deposited on a horizontal plate maintained in an enclosure heated to a temperature between the crystallization temperature Te and the melting temperature TF of the polyamide powder.
  • the laser makes it possible to fuse particles of powder at different points of the layer which crystallize slowly after the passage of the laser according to a geometry corresponding to the object, for example using a computer having in memory the shape of the 3D object and restoring the latter in the form of straightforward 2D.
  • the horizontal plate is lowered by a value corresponding to the thickness of a layer of powder (for example between 0.05 and 2 mm and generally of the order of 0.1 mm) then a new layer is deposited.
  • the laser fuses powder particles according to a geometry corresponding to this new layer which crystallizes slowly according to a geometry corresponding to the object and so on.
  • the procedure is repeated until the entire object has been manufactured.
  • the polyamide powder In the case of laser sintering at least 50% of the powder is not targeted by the laser. It is therefore advantageous to be able to reuse, that is to say to recycle, this powder during the next construction (or "run”). For this, the polyamide powder must have retained its initial properties as much as possible: particle size, flowability, color, viscosity, etc.
  • the surrounding powder that is to say not touched by the radiation, remains several hours above its crystallization temperature (Te) which can lead to an increase in molecular mass and therefore the viscosity of the polyamide. Subsequently, the coalescence between powder grains becomes more and more difficult during the successive runs.
  • Te crystallization temperature
  • certain polyamide powders require the parameters of the sintering device to be modified, in particular to drastically increase the power of the radiation, each time the powder is recycled during successive runs. In addition, a very clear decline in the mechanical properties of the parts obtained as the runs are observed.
  • the present invention results from the unexpected demonstration, by the inventors, that the addition of at least one chain limiter in the solid or liquid state, in particular a monoacid, a dicarboxylic acid, a monoamine or a diamine, in a polyamide powder makes it possible to control, in particular to lower, stabilize or eliminate, the increase in the viscosity e ⁇ of the melting temperature of the non-agglomerated polyamide powder which occurs during the cycles, or ru ns, successive of an agglomeration process by fusion. This makes it possible to reuse or recycle the non-agglomerated powder, and to obtain objects with reproducible properties during successive runs.
  • at least one chain limiter in the solid or liquid state in particular a monoacid, a dicarboxylic acid, a monoamine or a diamine
  • the present invention relates to a polyamide powder intended for use in a powder agglomeration process by fusion, comprising at least one chain limiter.
  • the present invention also relates to the use of polyamide powder as defined above, to manufacture objects by agglomeration of said powder by melting.
  • the present invention also relates to an object manufacturing process in which a polyamide powder as defined above is agglomerated by melting.
  • the present invention also relates to an object manufactured using at least one polyamide powder as defined above.
  • the present invention also relates to a process as defined above in which the non-agglomerated polyamide powder is recovered.
  • the present invention also relates to the use of a non-agglomerated polyamide powder e ⁇ recovered according to the above process for the manufacture of objects by agglomeration of the powder by fusion.
  • the present invention also relates to the use of at least one chain limiter for controlling the increase in viscosity or in the melting point of a polyamide powder intended to be used in a process for manufacturing an object by powder agglomeration. by merger.
  • the present invention also relates to the use of at least one chain limiter for improving the recyclability of a polyamide powder intended for use in a powder agglomeration process by fusion.
  • the D50 of a powder corresponds to the value of the particle size which divides the population of particles examined in exactly two.
  • the D50 is measured according to the ISO 9276 standard - parts 1 to 6: “Representation of data obtained by particle size analysis” or according to the ISO 13319 standard.
  • the inherent viscosity in solution is preferably measured according to the method comprising the following steps:
  • the melting temperature according to the invention is preferably measured by differential scanning colorimetry (DSC) according to the ISO 1 1357-6 standard, in particular on a DSC Q2000 device (TA Instruments), preferably with an equilibrium at -20 ° C. (temperature change rate 20 ° C / min up to 240 ° C, 20 ° C / min up to - 20 ° C, 20 ° C / min up to 240 ° C).
  • DSC differential scanning colorimetry
  • the term “reproducible mechanical properties” means mechanical properties, in particular of tensile modulus, elongation at break, and stress at break, which each remain at least greater than 90% of their value. measured for an object of the same shape constructed in 3D printing from fresh powder.
  • the percentages expressed are percentages by weight. Unless otherwise stated, the parameters to which it is ⁇ made ⁇ are measured at atmospheric pressure e ⁇ at room temperature (approximately 23 ° C).
  • Standard NF EN ISO 1874-1: 201 1 defines a nomenclature of polyamides.
  • the term "monomer” in the present description of powders based on polyamides should be taken in the sense of "repeating unit".
  • the case where a repeating unit of the polyamide consists of the association of a diacid with a particular diamine is ⁇ . It is considered that it is the association of a diamine e ⁇ of a diacid, that is to say the "diamine-diacid” couple, also called “XY”, in an equimolar amount which corresponds to the monomer. This is explained by the fact that individually the diacid or diamine is only a structural unit, which is not sufficient on its own to form a polymer.
  • the chain limiter according to the invention is selected from the group consisting of dicarboxylic acids, mono carboxylic acids, diamines and monoamines, each of which may be linear or cyclic.
  • the chain limiter has a melting temperature below 180 ° C.
  • the chain-limiting monocarboxylic acid according to the invention preferably has from 2 to 20 carbon atoms.
  • a chain-limiting monocarboxylic acid it is possible to cite acetic acid, propionic acid, benzoic acid, stearic acid, lauric acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, cinnamic acid, hexadecanoic acid, octodecanoic acid, tetradecanoic acid.
  • the chain-limiting dicarboxylic acid according to the invention preferably has from 2 to 20 carbon atoms, more preferably from 6 to 10 carbon atoms.
  • a chain-limiting dicarboxylic acid according to the invention it is ⁇ possible to cite sebacic acid, adipic acid, azelaic acid, suberic acid, dodecanedicarboxylic acid, butanedioic acid, and ortho-phthalic acid.
  • the chain-limiting monoamine according to the invention is a primary amine having 2 to 18 carbon atoms.
  • a chain-limiting monoamine according to the invention it is possible to cite 1-aminopentane, 1-aminohexane, l-aminohep ⁇ ane, l-aminooc ⁇ ane, 1-aminononane, 1-aminodecane, 1-aminoundecane, 1-aminododecane, benzylamine, e ⁇ oleylamine.
  • the chain-limiting diamine according to the invention has from 4 to 20 carbon atoms.
  • a chain-limiting diamine according to the invention it is possible to cite the isomers of bis- (4-aminocyclohexyl) mefhane (BACM), bis- (3-méfhyl-4-aminocyclohexyl) mefhane (BMACM) ), and 2-2-bis- (3-methyl-4-aminocyclohexyl) -propane (BMACP), and para-amino-di-cyclo-hexyl-mefhane (PACM), isophoronediamine (IPDA), 2, 6-bis- (aminomefhyl) -norbornane (BAMN) and piperazine.
  • ACBM bis- (4-aminocyclohexyl) mefhane
  • BMACM bis- (3-méfhyl-4-aminocyclohexyl) mefhane
  • BMACP 2-2
  • the chain limiter according to the invention represents from 0.01 to 10%, preferably 0.01 to 5%, preferably from 0.01 to 4%, preferably from 0.01 to 3%, of preferably from 0.01 to 2%, preferably from 0.01 to 1% by mass on the total mass of polyamide powder representing 100%. More preferably, the chain limiter according to the invention represents from 0.01 to 0.5%, from 0.01 to 0.4%, from 0.01 to 0.3%, from 0.01 to 0.2 % by mass on the total mass of polyamide powder representing 100%.
  • the chain limiter is preferably in powder form.
  • the chain limiter according to the invention is preferably added to the medium comprising the polyamide already formed e ⁇ does not enter into the composition of the polyamide.
  • the chain limiter is incorporated into the polyamide powder by any suitable method known to those skilled in the art such as, for example, dry mixing, liquid mixing, aqueous dispersion, mixing by compounding, mixing by diffusion.
  • the chain limiter preferably in powder form, is dry mixed with a polyamide powder.
  • the reaction between the chain limiters and the polyamide chain end which occurs during the 3D printing process effectively limits the increase in the inherent viscosity of the powder and does not disturb the conditions of the powder. 3D printing.
  • the invention thus proposes a powder comprising a chain limifeur which is very easy to use.
  • the chain limifier preferably in powder form, is mixed with a powder of polyamide prepolymers having an inherent viscosity of less than or equal to 0.80. The mixture then undergoes a solid phase polycondensation step to obtain a polyamide powder of desired viscosity.
  • the solid phase polycondensation step is performed at a temperature above the glass transition temperature and below the melting temperature of the polyamide.
  • the solid phase polycondensation is typically carried out in a dryer.
  • This embodiment makes it possible to provide a powder ready for use in a 3D printing process, which has several advantages:
  • the chain limifier is preferably added after the aforementioned intermediate steps.
  • the chain limiters added are either reacted with the chain ends of the polyamide prepolymers during the polycondensation step or will react with the functions available to react on the polyamide chain during 3D printing.
  • the loss of the chain stopper materials used is avoided.
  • part of the limifier molecules will be integrated into the chain of polyamide, thus losing its ability to limit the elongation of the polyamide chain.
  • the chain limiter is mixed with the polyamide prepolymer powder which has previously undergone a water treatment step and / or an acid treatment step.
  • the chain stopper preferably has a melting temperature above the glass transition temperature and below the melting temperature of the polyamide.
  • the chain limiter according to the invention makes it possible to control, in particular to lower, stabilize or eliminate, the increase in viscosity and / or in the melting temperature of a polyamide powder used in an agglomeration process. by melting but not agglomerated, which allows the powder to be reused in the powder agglomeration process.
  • the chain limiter according to the invention allows the recycling or reuse of the non-agglomerated polyamide powder and the production of objects with reproducible properties during successive runs (cycles).
  • the polyamide according to the invention can be a homopolyamide, a copolyamide or a mixture thereof.
  • the polyamide according to the invention can also be a mixture of polyamide and at least one other polymer, the polyamide forming the matrix and the other polymer (s) forming the dispersed phase.
  • the polyamide according to the invention is a condensation product:
  • amino acid it is possible to cite alpha-omega amino acids, such as aminocaproic, 7-amino-heptanoic, 11-amino-undecanoic, n-heptyl-11-aminoundecanoic and 12-amino acids -dodecanoic.
  • the lactam monomers according to the invention preferably comprise between 3 and 12 carbon atoms on the main cycle and can be substituted.
  • a lactam according to the invention it is possible to cite (3, (3- dimethylpropriolactam, ⁇ , ⁇ -dimethylpropriolactam, amylolactam, caprolactam, capryllactam, oenantholactam, 2-pyrrolidone and lauryllactam.
  • the diamine forming part of the composition of the polyamide according to the invention is an aliphatic diamine, an aryl dimaine and / or a saturated cyclic diamine having from 6 to 12 carbon atoms.
  • a diamine according to the invention it is possible to cite hexamethylenediamine, decanediamine, piperazine, tetramethylene diamine, octamethylene diamine, decamethylene diamine, dodecamethylene diamine, 1, 5 diaminohexane, 2,2,4-trimethyl-1,6-diamino-hexane, polyols diamine, isophorone diamine (I PD), methyl-pentamethylenediamine (MPDM), bis (aminocyclohexyl) methane (BACM), bis ( 3-methyl-4-aminocyclohexyl) methane (BMACM), methaxylyenediamine, bis-p-aminocyclohexy
  • the dicarboxylic acid forming part of the composition of the polyamide according to the invention has between 4 and 18 carbon atoms.
  • dicarboxylic acid it is possible to cite adipic acid, sebacic acid, azelaic acid, suberic acid, isophthalic acid, butanedioic acid, 1, 4 acid.
  • the copolyamide according to the invention results from the condensation of at least two different monomers, for example of at least two different alpha-omega-aminocarboxylic acids or of two different lactams or of a lactam and of an acid. alpha-omega aminocarboxylic of different carbon numbers. It is also possible to cite the copolyamides resulting from the condensation of at least one alpha-omega-aminocarboxylic acid (or one lactam), at least one diamine and at least one dicarboxylic acid.
  • the polyamide powder according to the invention comprises at least one polyamide or copolyamide comprising at least one monomer selected from the group consisting of 46, 4T, 54, 59, 510, 512, 513, 514, 516, 518, 536, 6, 64, 69, 610, 612, 613, 614, 616, 618, 636, 6T, 9, 104, 109, 1010, 101 1, 1012, 1013, 1014, 1016, 1018,
  • the polyamide according to the invention is selected from the group consisting of PA 6, PA 66, PA 1010, PA 1 1, PA 12, PA 101 1, PA 610, PA612, PA 613 e ⁇ of their mixtures.
  • copolyamide it is possible to cite copolymers of caprolacfam e ⁇ of lauryllacfam (PA 6/12), copolymers of caprolacfam, of adipic acid and of hexamefethylene diamine (PA 6/66) , copolymers of caprolacfam, lauryllacfam, adipic acid and hexamethylene diamine (PA 6/12/66), copolymers of caprolactam, lauryllactam, amino-1 1 - undecanoic acid, azelaic acid e ⁇ of hexamethylene diamine (PA 6/69/1 1/12), copolymers of caprolactam, lauryllactam, amino-1 1 -undecanoic acid, adipic acid e ⁇ of hexamethylene diamine (PA 6 / 66/1 1/12), copolymers of lauryllactam, azelaic acid e ⁇ of hexamethylene diamine diamine (
  • the mixture of polyamide e ⁇ of at least one other polymer it is in the form of a mixture with a polyamide matrix e ⁇ the other (s) polymer (s) form (s) the phase dispersed.
  • this other polymer one can quote polyolefins, polyesters, polycarbonate, PPO (abbreviation of polyphenylene oxide), PPS (abbreviation of polyphenylene sulfide), e ⁇ elastomers such as ether-amide block copolymers (PEBA), thermoplastic polyurethane (TPU), elastomeric polyphenylene ether (PPE).
  • mixtures of polyamides are, for example, mixtures of aliphatic polyamides e ⁇ of semi-aroma polyamides e ⁇ mixtures of aliphatic polyamides and e ⁇ of cycloaliphafic polyamides.
  • an amorphous polyamide (B) which results mainly from condensation: - itself ⁇ of at least one diamine chosen from cycloaliphatic diamines and aliphatic diamines e ⁇ of at least one diacid selected from cycloaliphatic diacids e ⁇ aliphatic diacids, at least one of these diamine or diacid units being cycloaliphafic ,
  • - e ⁇ optionally at least one monomer chosen from alpha-omega-amino carboxylic acids or the possible corresponding lacfames, aliphatic diacids e ⁇ aliphatic diamines,
  • an amorphous polyamide (B) which results essentially from the condensation of at least one optionally cycloaliphafic diamine, of at least one aromatic diacid e ⁇ optionally of at least one monomer chosen from: acids alpha-omega amino carboxylic acids, aliphatic diacids, aliphatic diamines,
  • Copolymers containing polyamide blocks and polyether blocks result from the copolycondensation of polyamide blocks with reactive ends with polyether blocks with reactive ends, such as, among others:
  • Polyamide sequences having dicarboxylic chain ends with polyoxyalkylene sequences having diamine chain ends obtained by cyanoethylation and hydrogenation of aliphatic alpha-omega dihydroxylated polyoxyalkylene sequences called polyetherdiols.
  • Polyamide blocks having dicarboxylic chain ends with polyetherdiols the products obtained being, in this particular case, polyetheresteramides.
  • the polyamide sequences containing dicarboxylic chain ends originate, for example, from the condensation of alpha-omega-aminocarboxylic acids, lactams or dicarboxylic acids and diamines in the presence of a dicarboxylic acid chain limiter.
  • the polyether can be, for example, a polytetramethylene glycol (PTMG).
  • PTMG polytetramethylene glycol
  • PTHF polytetrahydrofuran
  • the molar mass in number of the polyamide blocks is between 300 and 5000 g / mol and preferably between 600 and 1500 g / mol.
  • the molar mass of the polyether blocks is between 100 and 6000 and preferably between 200 and 3000 g / mol.
  • Polymers containing polyamide blocks and polyether blocks can also comprise units distributed randomly. These polymers can be prepared by the simultaneous reaction of the polyether and the precursors of the polyamide blocks.
  • polyetherdiol for example, one can react polyetherdiol, a lactam (or an alpha-omega amino acid) and a chain-limiting diacid in the presence of a little water.
  • a polymer is obtained essentially having polyether blocks, polyamide blocks of very variable length, but also the various reactants having reacted randomly which are distributed randomly along the polymer chain.
  • the polyetherdiol blocks are either used as such and copolycondensed with polyamide blocks with carboxylic ends, or they are ⁇ aminated to be transformed into polyether diamines and condensed with polyamide blocks with carboxylic ends. They can also be mixed with polyamide precursors and a chain limifeur to make polymers containing polyamide blocks and polyether blocks having units distributed in a statistical manner.
  • the ratio of the amount of polyamide block and polyether block copolymer to the amount of polyamide is advantageously between 1/99 and 15/85 by weight.
  • the polyamide powder particles according to the invention have a volume median diameter (D50) of between 5 and 200 miti, more preferably between 10 and 150 miti.
  • D50 volume median diameter
  • the polyamide powder according to the invention has a difference between the crystallization temperature (Te) and the first heating melting point (TF1) (Te -TF1) greater than 3 ° C.
  • This difference advantageously makes it possible to avoid deformation phenomena and to obtain a good geometric definition of the manufactured parts.
  • this difference makes it possible to increase the working window with the polyamide powder and to make its use in a sintering process much easier.
  • the inherent viscosity in solution of the polyamide powder according to the invention is less than 1.90, preferably less than 1.70, preferably less than 1.60, preferably less than 1.50.
  • the inherent viscosity in solution of the polyamide powder according to the invention in particular after a first run in a powder agglomeration process according to the invention, is greater than 1.
  • the polyamide powder according to the invention when it is melted, increases in viscosity, to reach a sufficient molecular mass, and to guarantee a solution viscosity of the part of preferably greater than 1.50 so that the part ( 3D object) has acceptable mechanical properties. More preferably, the viscosity of the part is greater than 1.60, preferably greater than 1.70, preferably greater than 1.80, preferably greater than 1.90, preferably greater than 2.
  • the powder according to the invention is recyclable at least 3 times, preferably at least 5 times, more preferably at least 10 times.
  • the polyamide according to the invention whether it is thirsty or not mixed with at least one other polymer can contain organic or mineral fillers, pigments, antioxidants, in particular combined with a thioether antioxidant, UV stabilizers, plasticizers, colorants, flow agents.
  • the polymer powder according to the invention can comprise a thioether antioxidant.
  • a thioether antioxidant advantageousously, the addition of such an antioxidant to the polymer powder according to the invention makes it possible to stabilize the color of the powder, in particular its whiteness when it is white, in particular by limiting its yellowing during recycling of the powder. according to the invention.
  • the thioether antioxidant according to the invention is preferably selected from the group consisting of dilauryl thiodipropionate (DLTDP), ditridecyl thiodipropionate (DTDTDP), distearyl thiodipropionate (DSTDP), dimyrystil thiodipropionate (DMTDP), pentaerythritol-tetodrakis (3-propellant or 3-laurylthiopropionate), 3,3'-thiodipropionate, alkyl (Cl 2-14) thiopropionate, dilauryl 3,3'-thiodipropionate, ditridecyl 3,3'-thiodipropionate, dimyristyl 3,3'-thiodipropionate, distearyl 3,3 '- thiodipropionate, dioctadecyl 3,3'-thiodipropionate, lauryl stearyl 3,3-
  • the thioether antioxidant according to the invention is selected from the group consisting of dilauryl thiodipropionate (DLTDP), ditridecyl thiodipropionate (DTDTDP), distearyl thiodipropionate (DSTDP), dimyrystil thiodipropionate (DMTDP), pentaerythritol-tetodrakecyl (3-properythritio-tetodrakis) (3) 3-laurylthiopropionate), and their mixtures. More preferably the antioxidant fhioether according to the invention is DLTDP or penfaeryfhrifol fetrakis (3-dodecylthio propionate).
  • Such antioxidants are sold in particular by the Songnox or Adeka companies.
  • said at least one thioether antioxidant represents at least 0.1%, preferably 0.1 to 5%, preferably 0.1 to 4%, preferably 0.1 to 3%, preferably 0.1 to 2%, preferably 0.1 to 1% by mass, on the total mass of powder representing 100%.
  • the thioether antioxidant as defined above is incorporated into the powder by any suitable method known to those skilled in the art, for example by at least one of the following methods: addition of thioether during the synthesis of polyamide, in particular at the start or at the end of synthesis, by mixing by compounding, during any step of a process for manufacturing powder from said polyamide, in particular by dissolving-precipitating polyamide in a solvent containing thioether, by example dispersed or dissolved in the solvent, or by dry mixing (dry blend) with the polyamide powder according to the invention.
  • the chain limiter is mixed with the polyamide powder, and at least one thioether antioxidant, by the dry mixing.
  • the thioether is added, with the chain limiter in a polyamide prepolymer powder having an inherent viscosity less than or equal to 0.80, which undergo a solid phase polycondensation step to obtain a polyamide powder. to the desired viscosity.
  • the chain limiter is mixed with the polyamide prepolymer powder, and at least one thioether antioxidant, after a water treatment step and / or an acid treatment step.
  • the thioether according to the invention is preferably in powder form.
  • said thioether antioxidant has a melting point of less than 140 ° C, preferably less than 100 ° C, preferably less than 90 ° C, preferably less than 70 ° C.
  • antioxidants other than the thioether antioxidant used according to the invention, mention may be made of phenolic antioxidants intended to fight against thermo-oxidation of polyamides, such as 3,3'-Bis (3,5-di- ⁇ er ⁇ -bu ⁇ yl-4- hydroxyphenyl) -N, N'-hexamethylenedipropionamide sold in particular under the name Palmarole AO.OH .98 by Palmarole, (4,4'-Bu ⁇ ylidenebis (2- ⁇ -bu ⁇ yl-5-methylphenol) sold in particular under the name Lowinox 44B25 by Addivant, Pentaerythritol ⁇ e ⁇ rakis (3- (3, 5-di- ⁇ er ⁇ bu ⁇ yl-4-hydroxyphenyl) propiona ⁇ e) sold in particular under the name Irganox® 1010 by BASF, N, N'-hexane-1,6-diyl
  • a powder agglomeration process by fusion is considered synonymous with sintering.
  • the powder agglomeration process by fusion according to the invention is preferably a process for manufacturing objects or articles, in particular three-dimensional (3D).
  • Fusion is preferably achieved with the aid of radiation or an input of electromagnetic energy.
  • the radiation can be chosen from any radiation well known to those skilled in the art. As an example of radiation, it is possible to cite a laser beam, infrared radiation, UV radiation, LED type radiation. Particularly preferably, the fusion is obtained by laser radiation, this is called a laser sintering process (“laser sintering"). Even more preferably, the powder agglomeration process by fusion according to the invention is a selective laser sintering process (“selective laser sintering”), or a process known as “High Speed Sintering” (HSS) or “ Multi-Jet Fusion ”(MJF).
  • selective laser sintering selective laser sintering process
  • HSS High Speed Sintering
  • MTF Multi-Jet Fusion
  • the powder agglomeration process by fusion according to the invention is a layer-to-layer process or an additive manufacturing process.
  • the powder agglomeration process by fusion comprises the following steps: a. a thin layer of polyamide powder according to the invention (layer 1) is deposited on a horizontal plate maintained in an enclosure heated to a temperature between the crystallization temperature (Te) and the melting temperature (TF) of said powder, b. radiation, in particular laser radiation, allows the agglomeration of the powder particles by melting at different points of the powder layer (layer 1) according to a geometry corresponding to the object to be manufactured, c. the horizontal plate is then lowered by a value corresponding to the thickness of a layer of powder then a new layer of powder is deposited (layer 2), d.
  • layer 1 a thin layer of polyamide powder according to the invention
  • TF melting temperature
  • the radiation in particular the laser radiation, allows the agglomeration of the particles by melting the powder layer (layer 2) according to a geometry corresponding to this new frankness of the object to be manufactured, e. the preceding steps are repeated, thus forming a cycle, until the object is constructed; f. an object surrounded by powder is obtained inside the enclosure; g. after complete cooling, the object is separated from the powder.
  • the powder agglomeration process by fusion according to the invention is a 3D printing process.
  • the powder agglomeration process by fusion according to the invention can be implemented by a suitable device, in particular a 3D printer.
  • a suitable device in particular a 3D printer.
  • devices it is possible to cite the sintering devices marketed by EOS, 3D Systems, Aspect, Trump Précision Machinery, Hewlett Packard, Sinferif, Sinfrafec, Sharebot, FormLabs, Sonda Sys, Farsoon, Prodways, Ricoh, Wema ⁇ er3D, VoxelJet, or even Xaar. Mention may more particularly be made of the EOSINT P396 and Formiga PI 00 devices from EOS GmbH.
  • the powder reused or recycled according to the invention is the powder which has not been agglomerated, or which has not melted, during the various powder melting cycles necessary to manufacture or construct an object.
  • the different cycles form a "run".
  • a "run" corresponds to a construction.
  • the recycled powder content is at least 50%, preferably at least 60%, more preferably at least 70% by weight, on the total mass of powder used in the machine for each run.
  • each run which follows reuses or recycles at least 50%, preferably at least 60%, preferably at least 70%, by mass of powder from the previous run which has not been agglomerated, on the total mass of powder used in the machine for each run.
  • the object or article according to the invention is preferably a three-dimensional (3D) object or article, in particular a 3D printing product.
  • this object is chosen from a prototype, a part model ("rapid prototyping"), a finished part in small series (“rapid manufacturing”) for the automotive, nautical, aeronautical, aerospace, medical (prostheses, systems) fields. hearing aids, ...), textiles, clothing, fashion, decoration, the field of housings for electronics, telephony, home automation, IT, lighting, sport, and tools industrial.
  • the objects according to the invention have:
  • the above mechanical properties are preferably all measured according to standard ISO 527-1 B: 2012.
  • the inventors studied the aging of the powder according to the invention by reproducing the conditions to which powders for 3D printing are exposed during several printing runs.
  • the powder for 3D printing tested consists of 1000 parts by mass of a PA1 1 powder obtained by grinding the polymer resulting from the polycondensation of 1-amino-1-undecanoic acid catalyzed by hypophosphoric acid (H3PO4) (powder 1) or by hypophosphorous acid (H3PO2) (powder 2) and mixed with 2 to 5 parts by mass of a phenolic antioxidant (Irganox 245 (BASF)), 3 to 8 parts by mass of a thioether antioxidant (ADK Stab A0412S (Adeka)), 1 to 3 parts by mass of a flow agent (Cab-O-Sil TS 610 (CABOT)).
  • the comparative example consists of 1000 parts by mass of a powder of PA1 1 obtained by grinding the polymer resulting from the polycondensation of amino-1 1-undecanoic acid catalyzed by hypophosphoric acid (H3PO4) (powder 1) or by hypophosphorous acid (H3PO2) (powder 2) and mixed with 3 parts by mass of a phenolic antioxidant (Irganox 245 (BASF)), 5 parts by mass of a thioether antioxidant (ADK Stab A0412S (Adeka)) , 2 parts by mass of a flow agent (Cab-O-Sil TS 610 (CABOT)).
  • the antioxidants and the flow agent were added to the prepolymer of PA 1 1, then the mixture is subjected to a solid phase polycondensation step, to give the powder of Example 1 .2.
  • the test consists in exposing the polyamide powder to a temperature of 10 to 50 ° C. lower than the melting point TF of the pure polyamide.
  • Polyamide powders (comparative example and polyamide powders according to the invention) are placed in glass bottles closed by an aluminum cap pierced with holes. The bottles are placed in an oven (ITEM FGE 140) regulated at 180 ° C, in air, for aging.
  • This test simulates the exposure conditions that a powder can undergo in a 3D machine, during 1 run or several runs, depending on the exposure times. The von ⁇ exposure times from 0 to 90 hours.
  • the inherent viscosity is measured at 20 ° C., in a 0.5% mass solution in metacresol according to the viscosity measurement method detailed above.
  • the melting temperature of the powder is measured by differential scanning colorimetry (DSC) according to the ISOl 1357-6 standard on a DSC Q2000 device (TA Instruments) with an equilibrium at -20 ° C (rate of temperature change 20 ° C / min. up to 240 ° C, 20 ° C / min up to -20 ° C, 20 ° C / min up to 240 ° C).
  • DSC differential scanning colorimetry
  • Table 1 below includes the viscosity measurements of polyamide powders (comparative example and polyamide powders according to the invention) having an initial viscosity of 1.35.
  • Table 2 represents the viscosity measurements of polyamide powders according to the invention having an initial viscosity of 1.10.
  • Table 3 represents the measurements of the melting temperature of the polyamide powders according to the invention above having an initial viscosity of 1.10. [Table 31 C. Conclusion
  • the aging tests were carried out according to the protocol described in Example 1 (see 1 .2) except that the tests were carried out at 180 ° C. under vacuum.
  • the powder for 3D printing tested consists of 1000 parts by mass of a PA1 1 powder and mixed dry (“dry-blend"), with 2 to 5 parts by mass of a phenolic antioxidant (Irganox 245 (BASF) ), 3 to 8 parts by mass of a thioether antioxidant (ADK Stab A0412S (Adeka)), 1 to 3 parts by mass of a flow agent (Cab-O-Sil TS 610 (CABOT)).
  • Three samples were formulated comprising 2, 4 and 6 parts by mass of sebacic acid (DC10), and 6 parts by mass of dodecanedioic acid (DC12).

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Abstract

La présente invention concerne une poudre de polyamide destinée à être utilisée dans un procédé d'agglomération de poudre par fusion, comprenant au moins un limiteur de chaine.

Description

DESCRIPTION
TITRE : POUDRES DE POLYAMIDE ET LEUR UTILISATION DANS LES PROCEDES D’AGGLOMERATION DE POUDRES PAR FUSION
Domaine de l’invention
La présente invention concerne des poudres de polymères, en particulier de polyamides, destinées à être utilisées dans des procédés d'agglomération de poudres par fusion et pouvant être recyclées plusieurs fois.
Arrière-plan technique
La technologie d'agglomération de poudres de polyamide serf à fabriquer des objets en trois dimensions par ajout ou agglomération de poudre par fusion couche par couche. Cette technologie est notamment utilisée pour fabriquer des prototypes et des modèles, dans des domaines variés tels que l’automobile, la nautique, l’aéronautique, l’aérospatial, le domaine médical, le textile, l’habillement, la décoration, le domaine des boîtiers pour l’électronique, la téléphonie, la domotique, l’informatique et l’éclairage, la mode, le sport, et l’outillage industriel. L'agglomération de poudres par fusion (ou « frittage ») est provoquée par un rayonnement, tel que par exemple un faisceau laser (aussi connu sous le nom de frittage laser ou laser sintering), un rayonnement infra-rouge, un rayonnement UV, un rayonnement de type LED, ou toute source de rayonnement électromagnétique permettant de faire fondre la poudre couche par couche pour fabriquer des objets tridimensionnels.
Dans le cas du frittage laser, on dépose une fine couche de poudre de polyamide sur une plaque horizontale maintenue dans une enceinte chauffée à une température située entre la température de cristallisation Te et la température de fusion TF de la poudre de polyamide. Le laser permet de fusionner des particules de poudre en différents points de la couche qui cristallisent lentement après le passage du laser selon une géométrie correspondant à l'objet, par exemple à l'aide d'un ordinateur ayant en mémoire la forme de l'objet 3D et restituant cette dernière sous forme de franches 2D. Ensuite, on abaisse la plaque horizontale d'une valeur correspondant à l'épaisseur d'une couche de poudre (par exemple entre 0,05 et 2 mm et généralement de l'ordre de 0,1 mm) puis on dépose une nouvelle couche de poudre, le laser permet de fusionner des particules de poudre selon une géométrie correspondant à cette nouvelle couche qui cristallise lentement selon une géométrie correspondant à l'objet et ainsi de suite. La procédure est répétée jusqu'à ce que l’on ait fabriqué tout l'objet. On obtient à l’inférieur de l’enceinte un objet entouré de poudre. Les parties qui n'onf pas été agglomérées son† donc restées à l'état de poudre.
Dans le cas du frittage laser au moins 50% de la poudre n’est pas visée par le laser. Il est donc avantageux de pouvoir réutiliser, c’est-à-dire recycler, cette poudre lors de la construction (ou «run ») suivante. Pour cela, la poudre de polyamide doit autan† que possible avoir conservé ses propriétés initiales : granulométrie, coulabilité, couleur, viscosité, etc.
Lors d’une construction par frittage, la poudre environnante, c’est-à-dire non touchée par le rayonnement, reste plusieurs heures au-dessus de sa température de cristallisation (Te) ce qui peut entraîner une augmentation de la masse moléculaire et donc de la viscosité du polyamide. Par la suite, la coalescence entre grains de poudre devient de plus en plus difficile au cours des runs successifs. Ainsi, certaines poudres de polyamide nécessitent de modifier les paramètres du dispositif de frittage, en particulier d’augmenter de manière drastique la puissance du rayonnement, à chaque recyclage de la poudre lors de runs successifs. En outre, un déclin très net des propriétés mécaniques des pièces obtenues au fur et à mesure des runs est constaté.
Afin de limiter l’augmentation de masse moléculaire des poudres de polyamide, des savons métalliques (0,5%) on† été ajoutés à la poudre de polyamide (US2004106691 ). Toutefois, lorsqu’ils son† au contact de certains solvants, les objets fabriqués à partir de ces poudres on† tendance à relarguer des dérivés de sels métalliques ce qui restreint leur utilisation à certaines applications.
En outre, des traitements à la vapeur d’eau à haute température, de la poudre utilisée lors d’un run, on† été effectués avant de recycler la poudre traitée dans un run ultérieur (US20090291308) . Toutefois, ce procédé nécessite, entre 2 runs successifs, et à proximité du dispositif de frittage, de traiter la poudre à la vapeur d’eau et de la sécher ce qui nécessite de nombreuses étapes intermédiaires entre les runs et n’est pas viable économiquement.
Il est donc nécessaire de fournir des poudres faciles à mettre en oeuvre et recyclables plusieurs fois sans qu’il soit nécessaire de modifier les conditions d’utilisation du dispositif de frittage et permettant ainsi d’obtenir des objets aux propriétés mécaniques reproductibles.
Résumé de l’invention
La présente invention découle de la mise en évidence inattendue, par les inventeurs, que l’ajout d’au moins un limiteur de chaîne à l’état solide ou liquide, en particulier un monoacide, un acide dicarboxylique, une monoamine ou une diamine, dans une poudre de polyamide permet de contrôler, en particulier d’abaisser, de stabiliser ou de supprimer, l’augmentation de la viscosité e† de la température de fusion de la poudre de polyamide non agglomérée qui se produit aux cours des cycles, ou ru ns, successifs d’un procédé d’agglomération par fusion. Ceci permet de réutiliser ou de recycler la poudre non agglomérée, et d’obtenir des objets aux propriétés reproductibles au cours de runs successifs.
Ainsi, la présente invention concerne une poudre de polyamide destinée à être utilisée dans un procédé d’agglomération de poudre par fusion, comprenant au moins un limiteur de chaîne.
La présente invention concerne également l’utilisation de poudre de polyamide telle que définie ci-dessus, pour fabriquer des objets par agglomération de ladite poudre par fusion.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’objet dans lequel on agglomère une poudre de polyamide telle que définie ci-dessus par fusion.
La présente invention concerne également un objet fabriqué en utilisant au moins une poudre de polyamide telle que définie ci-dessus.
La présente invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus dans lequel la poudre de polyamide non agglomérée es† récupérée.
La présente invention concerne également l’utilisation d’une poudre de polyamide non agglomérée e† récupérée selon le procédé ci-dessus pour la fabrication d’objets par agglomération de la poudre par fusion.
La présente invention concerne également l’utilisation d’au moins un limiteur de chaîne pour contrôler l’augmentation de viscosité ou de température de fusion d’une poudre de polyamide destinée à être utilisée dans un procédé de fabrication d’objet par agglomération de poudre par fusion. La présente invention concerne également l’utilisation d’au moins un limiteur de chaîne pour améliorer la recyclabilité d’une poudre de polyamide destinée à être utilisée dans un procédé d’agglomération de poudre par fusion.
Description détaillée de l’invention Définitions
Dans la présente description, le D50 d’une poudre, aussi appelé « diamètre médian en volume », correspond à la valeur de la taille de particule qui divise la population de particules examinée exactement en deux. Le D50 est mesuré selon la norme ISO 9276 - parties 1 à 6 : « Représentation de données obtenues par analyse granulométrique » ou selon la norme ISO 13319.
La viscosité inhérente en solution (notamment de la poudre de polyamide ou des objets obtenus par un procédé d’agglomération de poudre par fusion) est de préférence mesurée selon la méthode comprenant les étapes suivantes :
- Prélèvement d’échantillons compris entre 0,07 et 0,10 grammes et de préférence de 0,15 grammes maximums,
- Ajout de solvant m-crésol par pesée afin d’obtenir une concentration de 0,5% en masse sur la masse totale de la solution,
Dissolution sur une plaque chauffante agitatrice, régulée à 100°C ± 5°C, jusqu’à dissolution complète de l’échantillon ;
Refroidissement de la solution à température ambiante, de préférence pendant au moins 30 minutes ;
- Mesure du temps d’écoulement T0 du solvant pur et du temps d’écoulement T de la solution à l’aide d’un viscosimètre en tube micro-Ubbelohde dans un bain fhermostaté régulé à 20°C ± 0,05°C,
Calcul de la viscosité selon la formule 1 / C x Ln (T/T0), où C représente la concentration et Ln le logarithme népérien,
Pour chaque échantillon, une moyenne de 3 mesures issues de 3 solutions différentes est réalisée.
La température de fusion selon l’invention est de préférence mesurée par colorimétrie différentielle à balayage (DSC) selon la norme ISO 1 1357-6, notamment sur un appareil DSC Q2000 (TA Instruments), de préférence avec un équilibre à -20°C (vitesse de changement de température 20°C/min jusqu’à 240°C, 20°C/min jusqu’à - 20°C, 20°C/min jusqu’à 240°C). Par propriétés mécaniques reproductibles, on entend au sens de la présente invention, des propriétés mécaniques, notamment de module de traction, d’allongement à la rupture, et de contrainte à la rupture, qui restent chacune au moins supérieures à 90% de leur valeur mesurée pour un objet de même forme construit en impression 3D à partir de la poudre fraîche.
Sauf mention contraire, les pourcentages exprimés sont des pourcentages massiques. Sauf mention contraire, les paramètres auxquels il es† fai† référence sont mesurés à pression atmosphérique e† à température ambiante (environ 23°C).
La norme NF EN ISO 1874-1 : 201 1 définit une nomenclature des polyamides. Le terme « monomère » dans la présente description des poudres à base de polyamides doit être pris au sens d’« unité répétitive ». Le cas où une unité répétitive du polyamide es† constituée de l'association d'un diacide avec une diamine es† particulier. On considère que c'est l'association d'une diamine e† d'un diacide, c’est- à-dire le couple « diamine-diacide », dit aussi « XY », en quantité équimolaire qui correspond au monomère. Ceci s’explique par le fai† qu’individuellement, le diacide ou la diamine n’es† qu’une unité structurale, qui ne suffi† pas à elle seule à former un polymère.
Limiteur de chaîne
De préférence, le limiteur de chaîne selon l’invention es† sélectionné dans le groupe constitué des diacides carboxylique, des monoacides carboxylique, des diamines e† des monoamines, chacun pouvant être linéaire ou cyclique.
De préférence, le limiteur de chaîne a une température de fusion inférieure à 180°C. Le monoacide carboxylique limiteur de chaîne selon l’invention a, de préférence, de 2 à 20 atomes de carbones. A titre d’exemple de monoacide carboxylique limiteur de chaîne, il es† possible de citer l'acide acétique, l'acide propionique, l'acide benzoïque, e† l'acide stéarique, l’acide laurique, l’acide butanoïque, l’acide pentanoïque, l’acide hexanoïque, l’acide heptanoïque, l’acide octanoïque, l’acide nonanoïque, l’acide décanoïque, l’acide undécanoïque, l’acide acrylique, l’acide méthacrylique, l’acide crotonique, l’acide cinnamique, l’acide hexadécanoïque, l’acide octodécanoïque, l'acide tétradécanoïque.
Le diacide carboxylique limiteur de chaîne selon l’invention a, de préférence, de 2 à 20 atomes de carbone, plus préférablement de 6 à 10 atomes de carbones. A titre d’exemple de diacide carboxylique limiteur de chaîne selon l’invention, il es† possible de citer l’acide sébacique, l’acide adipique, l’acide azélaïque, l’acide subérique, l’acide dodécanedicarboxylique, l’acide butane-dioïque, et l'acide ortho-phtalique.
De préférence, la monoamine limiteur de chaîne selon l’invention es† une amine primaire ayant de 2 à 18 atomes de carbone. A titre d’exemple de monoamine limiteur de chaîne selon l’invention, il es† possible de citer la 1-aminopentane, la 1- aminohexane, la l-aminohep†ane, la l-aminooc†ane, la 1- aminononane, la 1- aminodécane, la 1-aminoundécane, la 1-aminododécane, la benzylamine, e† l'oleylamine.
De préférence, la diamine limiteur de chaîne selon l’invention a de 4 à 20 atomes de carbones. A titre d’exemple de diamine limiteur de chaîne selon l’invention, il es† possible de citer les isomères des bis-(4-aminocyclohexyl)méfhane (BACM), bis- (3- méfhyl-4-aminocyclohexyl)méfhane (BMACM), et 2-2-bis-(3-méfhyl-4- aminocyclohexyl)-propane(BMACP), et para-amino-di-cyclo-hexyl-méfhane (PACM), l'isophoronediamine (IPDA), la 2,6-bis-(aminoméfhyl)-norbornane (BAMN) et la pipérazine.
De préférence, le limiteur de chaîne selon l’invention représente de 0,01 à 10%, de préférence 0,01 à 5%, de préférence de 0,01 à 4%, de préférence de 0,01 à 3%, de préférence de 0,01 à 2%, de préférence de 0,01 à 1% en masse sur la masse totale de poudre de polyamide représentant 100%. Plus préférablement, le limiteur de chaîne selon l’invention représente de 0,01 à 0,5%, de 0,01 à 0,4%, de 0,01 à 0,3%, de 0,01 à 0,2% en masse sur la masse totale de poudre de polyamide représentant 100%.
Le limiteur de chaîne es† de préférence sous forme de poudre.
Le limiteur de chaîne selon l’invention es† de préférence ajouté au milieu comprenant le polyamide déjà formé e† ne rentre pas dans la composition du polyamide.
De préférence, le limiteur de chaîne es† incorporé à la poudre de polyamide par toute méthode adéquate connue de l’homme du métier comme par exemple le mélange à sec, le mélange en voie liquide, la dispersion aqueuse, le, mélange par compoundage, le mélange par diffusion.
Selon un mode de réalisation, le limiteur de chaîne, de préférence sous forme de poudre, es† mélangé à sec avec une poudre de polyamide. De manière surprenante, la réaction entre les limiteurs de chaîne et le bout de chaîne de polyamide qui se produit lors du procédé d’impression 3D, limite de manière efficace l’augmentation de la viscosité inhérente de la poudre et ne perturbe pas les conditions de l’impression 3D.
L’invention propose ainsi une poudre comportant un limifeur de chaîne qui est très facile à mettre en œuvre.
Selon un mode de réalisation, le limifeur de chaîne, de préférence sous forme de poudre, est mélangé avec une poudre de prépolymères de polyamide possédant une viscosité inhérente inférieure ou égale à 0,80. Le mélange subit ensuite une étape de polycondensation en phase solide pour obtenir une poudre de polyamide à viscosité souhaitée.
L’étape de polycondensation en phase solide est réalisée à température au-dessus de la température de transition vitreuse et en dessous de la température de fusion du polyamide.
La polycondensation en phase solide est typiquement réalisée dans un séchoir.
Ce mode de réalisation permet de fournir une poudre prête à l’emploi dans un procédé de l’impression 3D, qui présente plusieurs avantages :
- il ne nécessite pas de broyage pour lequel des conditions complexes son† souvent requises pour une poudre de polyamide à viscosité inhérente élevée,
- il évite l’emploi d’un solvant pendant la préparation.
Dans le cas où le prépolymère est soumis à une ou plusieurs étapes intermédiaires avant l’étape de polycondensation, par exemple une étape de traitement à l’eau et/ou une étape de traitement à l’acide, le limifeur de chaîne est de préférence ajouté après les étapes intermédiaires précités.
Ainsi, les limiteurs de chaîne ajoutés on† soit réagi avec les bouts de chaîne des prépolymère de polyamide lors de l’étape de polycondensation soit réagiront avec les fonctions disponibles à réagir sur la chaîne de polyamide lors de l’impression 3D. Ainsi, on évite la perte de matières de limiteurs de chaîne utilisés. En particulier, lorsque les limiteurs de chaîne son† ajoutés lors de la polymérisation en présence de monomères, une partie des molécules de limifeur sera intégrée dans la chaîne de polyamide, perdant ainsi sa capacité de limiter l’allongement de la chaîne de polyamide.
Selon un mode de réalisation, le limiteur de chaîne est mélangé avec la poudre de prépolymères de polyamide ayant préalablement subie une étape de traitement à l’eau et/ou une étape de traitement à l’acide.
Pour ce mode de réalisation, le limiteur de chaîne a de préférence une température de fusion au-dessus de la température de transition vitreuse et en dessous de la température de fusion du polyamide.
Avantageusement, le limiteur de chaîne selon l’invention permet de contrôler, notamment d’abaisser, de stabiliser ou de supprimer, l’augmentation de viscosité et/ou de température de fusion d’une poudre de polyamide utilisée dans un procédé d’agglomération par fusion mais non agglomérée, ce qui permet de réutiliser la poudre dans le procédé d’agglomération de poudres. Ainsi, de manière particulièrement avantageuse, le limiteur de chaîne selon l’invention permet le recyclage ou la réutilisation de la poudre de polyamide non agglomérée et l’obtention d’objets aux propriétés reproductibles au cours de runs (cycles) successifs.
Polyamide
Le polyamide selon l’invention peut être un homopolyamide, un copolyamide ou leur mélange. Le polyamide selon l’invention peut également être un mélange de polyamide et d’au moins un autre polymère, le polyamide formant la matrice et le ou les autres polymères formant la phase dispersée.
De préférence, le polyamide selon l’invention est un produit de condensation :
- d'un ou plusieurs acides aminés ;
- d’un ou plusieurs lactames ; ou
- d'un ou plusieurs sels ou mélanges de diamines avec des diacides.
A fifre d’exemple d’acide aminé, il est possible de citer les alpha-oméga aminoacides, tels que les acides aminocaproïque, amino-7-heptanoïque, amino-11- undécanoïque, n-heptyl-11-aminoundécanoïque et amino-12-dodécanoïque.
Les monomères de lactames selon l’invention comprennent, de préférence, entre 3 et 12 atomes de carbone sur le cycle principal et peuvent être substitués. A fifre d’exemple de lactame selon l’invention, il est possible de citer le (3,(3- diméthylpropriolactame, le a,a-diméthylpropriolactame, l'amylolactame, le caprolactame, le capryllactame, l’oenantholactame, le 2-pyrrolidone e† le lauryllactame.
De préférence la diamine entrant dans la composition du polyamide selon l’invention est une diamine aliphatique, une dimaine arylique et/ou une diamine cyclique saturé ayant de 6 à 12 atomes de carbones. A titre d’exemple de diamine selon l’invention il est possible de citer l'hexaméthylènediamine, la décanediamine, la pipérazine, la tetraméthylène diamine, l'octaméthylène diamine, la décaméthylène diamine, la dodécaméthylène diamine, le 1 ,5 diaminohexane, le 2,2,4-triméthyl-l ,6-diamino-hexane, les polyols diamine, l'isophorone diamine (I PD), le méthyl-pentaméthylènediamine (MPDM), la bis(aminocyclohéxyl)méthane (BACM), la bis(3-méthyl-4 aminocyclohéxyl)méthane (BMACM), la méthaxylyènediamine, le bis-p-aminocyclohexylméthane et la triméthylhexaméthylène diamine.
De préférence, le diacide carboxylique entrant dans la composition du polyamide selon l’invention a entre 4 et 18 atomes de carbones. A titre d’exemple d’acide dicarboxylique il est possible de citer l'acide adipique, l'acide sébacique, l’acide azélaique, l’acide subérique, l'acide isophtalique, l'acide butanedioïque, l'acide 1 ,4 cyclohexyldicarboxylique, l'acide téréphtalique, le sel de sodium ou de lithium de l'acide sulfo-isophtalique, les acides gras dimérisés (ces acides gras dimérisés ont une teneur en dimère d'au moins 98% et sont de préférence hydrogénés) et l'acide dodécanedioïque HOOC-(CH2)io-COOH.
De préférence, le copolyamide selon l’invention, résulte de la condensation d'au moins deux monomères différents, par exemple d’au moins deux acides alpha- oméga aminocarboxyliques différents ou de deux lactames différents ou d'un lactame et d'un acide alpha-oméga aminocarboxylique de nombre de carbone différents. Il est également possible de citer les copolyamides résultant de la condensation d'au moins un acide alpha-oméga aminocarboxylique (ou un lactame), au moins une diamine et au moins un acide dicarboxylique. Il est également possible de citer les copolyamides résultant de la condensation d'une diamine aliphatique avec un diacide carboxylique aliphatique et au moins un autre monomère choisi parmi les diamines aliphatiques différentes de la précédente et les diacides aliphatiques différents du précédent.
De préférence, la poudre de polyamide selon l’invention comprend au moins un polyamide ou copolyamide comprenant au moins un monomère sélectionné dans le groupe constitué du 46, 4T, 54, 59, 510, 512, 513, 514, 516, 518, 536, 6, 64, 69, 610, 612, 613, 614, 616, 618, 636, 6T, 9, 104, 109, 1010, 101 1 , 1012, 1013, 1014, 1016, 1018,
1036, 10T, 1 1 , 12, 124, 129, 1210, 1212, 1213, 1214, 1216, 1218, 1236, 12T, MXD6, MXD10, MXD12, MXD14, et de leurs mélanges.
De préférence, le polyamide selon l’invention es† sélectionné dans le groupe constitué du PA 6, le PA 66, le PA 1010, le PA 1 1 , le PA 12, le PA 101 1 , le PA 610, le PA612, le PA 613 e† de leurs mélanges.
A titre d’exemple de copolyamide, il es† possible de citer des copolymères de caprolacfame e† de lauryllacfame (PA 6/12), des copolymères de caprolacfame, d'acide adipique e† d'hexaméfhylène diamine (PA 6/66), des copolymères de caprolacfame, de lauryllacfame, d'acide adipique e† d'hexaméthylène diamine (PA 6/12/66), des copolymères de caprolactame, de lauryllactame, d'acide amino-1 1 - undécanoique, d'acide azélaïque e† d'hexaméthylène diamine (PA 6/69/1 1 /12), des copolymères de caprolactame, de lauryllactame, d'acide amino-1 1 -undécanoïque, d'acide adipique e† d'hexaméthylène diamine (PA 6/66/1 1 /12), des copolymères de lauryllactame, d'acide azélaïque e† d'hexaméthylène diamine (PA 69/12), des copolymères d’acide amino-1 1-undécanoïque, d’acide téréphtalique e† de décaméthylène diamine (PA 1 1 /10T).
S'agissant du mélange de polyamide e† d'au moins un autre polymère, il se présente sous forme d'un mélange à matrice polyamide e† le (ou les) autre(s) polymère(s) forme(nt) la phase dispersée. A titre d'exemple de ce† autre polymère selon l’invention, on peu† citer les polyoléfines, les polyesters, le polycarbonate, le PPO (abréviation de polyphénylène oxide), le PPS (abréviation de polyphénylène sulfide), e† les élastomères tels que les copolymères bloc éther-amide (PEBA), le polyuréthane thermoplastique (TPU), le polyphénylène éther (PPE) élastomérique.
Il es† également possible d’utiliser des mélanges de polyamides. Ce sont par exemple des mélanges de polyamides aliphatiques e† de polyamides semi- aromafiques e† des mélanges de polyamides aliphatiques e† de polyamides cycloaliphafiques.
A titre d’exemple, on peu† citer les compositions à base d’un polyamide semi- cristallin (A), d’un polyamide amorphe (B), d’un polyamide souple (C) e† d’un compafibilisant (D), comprenant en masse, le total étant 100% :
• 5 à 40% d'un polyamide amorphe (B) qui résulte essentiellement de la condensation : - soi† d'au moins une diamine choisie parmi les diamines cycloaliphatiques et les diamines aliphatiques e† d'au moins un diacide sélectionné parmi les diacides cycloaliphatiques e† les diacides aliphatiques, l'un au moins de ces motifs diamines ou diacides étant cycloaliphafique,
- soi† d'un acide alpha-oméga amino carboxylique cycloaliphafique,
- soif d'une combinaison de ces deux possibilités,
- e† éventuellement d'au moins un monomère choisi parmi les acides alpha-oméga amino carboxyliques ou les éventuels lacfames correspondants, les diacides aliphatiques e† les diamines aliphatiques,
• 0 à 40% d'un polyamide souple (C) choisi parmi les copolymères à blocs polyamides e† blocs polyéfhers e† les copolyamides,
• 0 à 20% d'un compafibilisant (D) d'un polyamide (A) semi cristallin e† (B),
• 0 à 40% d'un modifiant souple (M),
• avec la condition que (C)+(D)+(M) es† compris entre 0 e† 50 %,
• le complément à 100% d'un polyamide (A) semi cristallin.
Il es† également possible de citer les compositions à base d’un polyamide semi- crisfallin (A), éventuellement d’un polyamide amorphe (B), d’un polyamide souple (C) e† d’un compafibilisant (D), comprenant en masse, le total étant 100% :
• éventuellement 5 à 40% d'un polyamide amorphe (B) qui résulte essentiellement de la condensation d'au moins une diamine éventuellement cycloaliphafique, d'au moins un diacide aromatique e† éventuellement d'au moins un monomère choisi parmi : les acides alpha-oméga amino carboxyliques, les diacides aliphatiques, les diamines aliphatiques,
• 0 à 40% d'un polyamide souple (C) choisi parmi les copolymères à blocs polyamides e† blocs polyéfhers e† les copolyamides,
• 0 à 20% d'un compatibilisant (D) d'un polyamide (A) semi cristallin e† éventuellement (B),
• (C)+(D) es† compris entre 2 e† 50%,
• avec la condition que (B)+(C) +(D) n'es† pas inférieur à 30%,
• le complément à 100% d'un polyamide (A) semi cristallin.
On ne sortirai† pas du cadre de l'invention en remplaçant une partie du polyamide par un copolymère à blocs polyamides e† blocs polyéfhers, c'est à dire en utilisant un mélange comprenant au moins un des polyamides précédents et au moins un copolymère à blocs polyamides et blocs polyéthers.
Les copolymères à blocs polyamides et blocs polyéthers résultent de la copolycondensation de séquences polyamides à extrémités réactives avec des séquences polyéthers à extrémités réactives, telles que, entre autres :
1) Séquences polyamides à bouts de chaînes diamines avec des séquences polyoxyalkylènes à bouts de chaînes dicarboxyliques.
2) Séquences polyamides à bouts de chaînes dicarboxyliques avec des séquences polyoxyalkylènes à bouts de chaînes diamines obtenues par cyanoéthylation et hydrogénation de séquences polyoxyalkylènes alpha-oméga dihydroxylées aliphatiques appelées polyétherdiols.
3) Séquences polyamides à bouts de chaînes dicarboxyliques avec des polyétherdiols, les produits obtenus étant, dans ce cas particulier, des polyétheresteramides. Les séquences polyamides à bouts de chaînes dicarboxyliques proviennent, par exemple, de la condensation d'acides alpha-oméga aminocarboxyliques, de lactames ou de diacides carboxyliques et diamines en présence d'un diacide carboxylique limiteur de chaîne.
Le polyéther peut être par exemple un polytétraméthylene glycol (PTMG). Ce dernier est aussi appelé polytétrahydrofurane (PTHF).
La masse molaire en nombre des séquences polyamides est comprise entre 300 et 5000 g/mol et de préférence entre 600 et 1 500 g/mol. La masse molaire des séquences polyéther est comprise entre 100 et 6000 et de préférence entre 200 et 3000 g/mol. Les polymères à blocs polyamides et blocs polyéthers peuvent aussi comprendre des motifs repartis de façon aléatoire. Ces polymères peuvent être préparés par la réaction simultanée du polyéther et des précurseurs des blocs polyamides.
Par exemple, on peut faire réagir du polyétherdiol, un lactame (ou un alpha-omega amino acide) et un diacide limiteur de chaîne en présence d'un peu d'eau. On obtient un polymère ayant essentiellement des blocs polyéthers, des blocs polyamides de longueur très variable, mais aussi les différents réactifs ayant réagi de façon aléatoire qui son† repartis de façon statistique le long de la chaîne polymère. Les blocs polyétherdiols son† soit utilisés tels quels et copolycondensés avec des blocs polyamides à extrémités carboxyliques, soit ils son† aminés pour être transformés en polyéther diamines et condensés avec des blocs polyamides à extrémités carboxyliques. Ils peuvent être aussi mélangés avec des précurseurs de polyamide et un limifeur de chaîne pour faire les polymères à blocs polyamides et blocs polyéthers ayant des motifs répartis de façon statistique.
Le rapport de la quantité de copolymère à blocs polyamides et blocs polyéthers sur la quantité de polyamide est avantageusement compris entre 1/99 et 15/85 en masse.
Poudre
De préférence, les particules de poudre de polyamide selon l’invention, on† un diamètre médian en volume (D50) compris entre 5 et 200 miti, plus préférablement, entre 10 et 150 miti.
De préférence, la poudre de polyamide selon l’invention présente un écart entre la température de cristallisation (Te) et la température de fusion de première chauffe (TF1 ) (Te -TF1 ) supérieure à 3°C.
Cet écart permet avantageusement d’éviter les phénomènes de déformation et d’obtenir une bonne définition géométrique des pièces fabriquées. En outre, cet écart permet d’accroître la fenêtre de travail avec la poudre polyamide et de rendre sa mise en œuvre dans un procédé de frittage beaucoup plus aisée.
De préférence, la viscosité inhérente en solution de la poudre de polyamide selon l’invention, notamment avant son utilisation dans un procédé d’agglomération de poudre selon l’invention, est inférieure à 1 ,90, de préférence inférieure à 1 ,70, de préférence inférieure à 1,60, de préférence inférieure à 1,50.
De préférence, la viscosité inhérente en solution de la poudre de polyamide selon l’invention, notamment après un premier run dans un procédé d’agglomération de poudre selon l’invention, est supérieure à 1.
De préférence, la poudre de polyamide selon l’invention, lorsqu’elle est fondue remonte en viscosité, pour atteindre une masse moléculaire suffisante, et garantir une viscosité en solution de la pièce de préférence supérieure à 1 ,50 de sorte que la pièce (objet 3D) présente des propriétés mécaniques acceptables. Plus préférablement, la viscosité de la pièce est supérieure à 1,60, de préférence, supérieure à 1 ,70, de préférence supérieure à 1 ,80, de préférence supérieure à 1 ,90, de préférence supérieure à 2. De préférence, la poudre selon l’invention es† recyclable au moins 3 fois, de préférence au moins 5 fois, plus préférablement au moins 10 fois.
Composés additionnels
Le polyamide selon l’invention, qu'il soif ou non en mélange avec au moins un autre polymère peu† contenir des charges organiques ou minérales, des pigments, des antioxydants, notamment combinés à un antioxydant thioéther, des anti UV, des plastifiants, des colorants, de agents de coulabilité.
La poudre de polymère selon l’invention peut comprendre un antioxydant thioéther. Avantageusement, l’ajout d’un tel agent antioxydant à la poudre de polymère selon l’invention permet de stabiliser la couleur de la poudre, notamment sa blancheur lorsqu’elle est blanche, en particulier en limitant son jaunissement lors du recyclage de la poudre selon l’invention.
L’antioxydant thioéther selon l’invention est, de préférence, sélectionné dans le groupe constitué de dilauryl thiodipropionate (DLTDP), ditridecyl thiodipropionate (DTDTDP), distearyl thiodipropionate (DSTDP), dimyrystil thiodipropionate (DMTDP), pentaerythritol tetrakis (3-dodecylthio propionate ou 3-laurylthiopropionate), 3,3'- thiodipropionate, alkyl (Cl 2-14) thiopropionate, dilauryl 3,3'-thiodipropionate, ditridécyl 3,3'-thiodipropionate, dimyristyl 3,3'-thiodipropionate, distéaryl 3,3'- thiodipropionate, dioctadécyl 3,3'-thiodipropionate, lauryl stéaryl 3,3- thiodipropionate, tetrakis [méthylène 3-(dodecylthio)propionate] methane, thiobis(2- tert-butyl-5-methyl-4,l-phénylène)bis(3-(dodécylthio) propionate), 2,2'-thiodiéthylène bis(3-aminobuténoate), 4,6-bis(octylthiométhyl)-o-crésol, 2,2'-thiodiéthylène bis 3- (3,5-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, 2,2'-thiobis(4-méthyl 6-tert-butyl-phénol), 2,2'-thiobis(6-tert-butyl-p-cresol), 4,4'-thiobis (6-tert-butyl-3-méthylphénol), 4,4'-thiobis (4-méthyl 6-tert-butyl phénol), bis (4,6-tert-butyl-l-yl-2-) sulfures, tridécyl-3,5-di-tert- butyl-4- hydroxybenzyl thioacetate, 1 ,4-bis(octylthiométhyl)-6-phénol, 2,4-bis (dodécylthiométhyl)-ô-méthylphénol, distéaryl-disulfure, bis (méthyl-4-3-n-alkyl (Cl 2/Cl 4) thiopropionyloxy 5-tert-butylphényl) sulfure et leurs mélanges. Plus préférablement, l’antioxydant thioéther selon l’invention est sélectionné dans le groupe constitué du dilauryl thiodipropionate (DLTDP), ditridecyl thiodipropionate (DTDTDP), distearyl thiodipropionate (DSTDP), dimyrystil thiodipropionate (DMTDP), pentaerythritol tetrakis (3-dodecylthio propionate ou 3-laurylthiopropionate), et leurs mélanges. De manière davantage préférée l’antioxydant fhioéther selon l’invention est le DLTDP ou le penfaeryfhrifol fetrakis (3-dodecylthio propionate).
De tels antioxydants son† notamment commercialisés par les sociétés Songnox, ou Adeka.
De préférence, ledit au moins un antioxydant thioéther représente au moins 0,1%, de préférence de 0,1 à 5%, de préférence de 0,1 à 4%, de préférence de 0,1 à 3%, de préférence de 0,1 à 2%, de préférence de 0,1 à 1% en masse, sur la masse totale de poudre représentant 100%.
Selon l’invention, l’antioxydant thioéther tel que défini ci-dessus est incorporé à la poudre par toute méthode adéquate connue de l’homme du métier, par exemple par au moins une des méthodes suivantes : ajout de thioéther lors de la synthèse du polyamide, notamment en début ou en fin de synthèse, par mélange par compoundage, lors d’une quelconque étape d’un procédé de fabrication de poudre à partir dudit polyamide, notamment par dissolution-précipitation de polyamide dans un solvant contenant le thioéther, par exemple dispersé ou dissous dans le solvant, ou par mélange à sec ( dry blend ) avec la poudre de polyamide selon l’invention.
Selon un mode de réalisation, le limiteur de chaîne est mélangé avec la poudre de polyamide, et au moins un antioxydant thioéther, par le mélange à sec.
Selon un mode de réalisation, le thioéther est ajouté, avec le limiteur de chaîne dans une poudre de prépolymère de polyamide possédant une viscosité inhérente inférieure ou égale à 0,80, qui subissent une étape de polycondensation en phase solide pour obtenir une poudre de polyamide à viscosité souhaitée.
Selon un mode de réalisation, le limiteur de chaîne est mélangé avec la poudre de prépolymère de polyamide, et au moins un antioxydant thioéther, après une étape de traitement à l’eau et/ou une étape de traitement à l’acide.
Le thioéther selon l’invention est de préférence sous forme de poudre.
De préférence également ledit antioxydant thioéther présente un point de fusion inférieur à 140°C, de préférence inférieur à 100°C, de préférence inférieur à 90°C, de préférence inférieur à 70°C.
A titre d’exemple d’antioxydants autre que l’antioxydant thioéther utilisé selon l’invention on peut citer les antioxydants phénoliques destinés à lutter contre la thermo-oxydation des polyamides, tel que le 3,3'-Bis(3,5-di-†er†-bu†yl-4- hydroxyphenyl)-N,N'-hexamethylenedipropionamide commercialisé notamment sous le nom Palmarole AO.OH.98 par Palmarole, le (4,4'-Bu†ylidenebis(2-†-bu†yl-5- methylphenol) commercialisé notamment sous le nom Lowinox 44B25 par Addivant, le Pentaerythritol †e†rakis(3-(3,5-di-†er†bu†yl-4-hydroxyphenyl)propiona†e) commercialisé notamment sous le nom Irganox® 1010 par BASF, le N,N'-hexane-l ,6- diyl bis (3- (3,5-di-tert-butyl-4- hydroxyphenylpropionamide)) commercialisé notamment sous le nom Irganox® 1098 par BASF, le 3,3',3',5,5',5'-hexa-†er†-bu†yl- a,a',a'-(mesitylene-2,4,6-triyl) tri-p-cresol commercialisé notamment sous le nom Irganox® 1330 par BASF, rE†hylenebis(oxye†hylene)bis-(3-(5-†er†-bu†yl-4-hydroxy-m- tolyl)propionate) commercialisé notamment sous le nom Irganox® 245 par BASF,
1 ,3,5-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)-l ,3,5-triazine-2,4,6(l H,3H, 5H)-trione commercialisé notamment sous le nom Irganox® 31 14 par BASF, le N'N'-(2 éthyl- 2'éthoxyphényl)oxanilide commercialisé notamment sous le nom Tinuvin® 312 par BASF, le Phénol 4,4',4"-†rime†hyl- 1 ,3,5-benzenetriyl) tris-(methylene)] tris 2,6-bis(l ,l- dimethylethyl) commercialisé notamment sous le nom Alvinox® 1330 par 3V, Hostanox 245 FF, Hostanox 245 Pwd, commercialisés par Clarion†, le Pentaerythritol Tetrakis (3-(3,5-di-†er†-bu†yl-4-hydroxyphenyl)propiona†e) commercialisé notamment sous les noms Evernox 10, Evernox 10GF, par Everspring Chemical Company Limited, rOctadecyl-3-(3,5-di-tert-4-hydroxyphenyl)-propionate commercialisé notamment sous les noms Evernox 76, Evernox 76GF par Everspring Chemical Company Limited, le Tetrakis [Me†hylene-3(3',5'-di-†er†-bu†yl-4-hydroxyphenyl) propionate] méthane commercialisé notamment sous le nom BNX® 1010 par Mayzo, Thiodiethylene bis [3- (3,5-di- †er†-bu†yl-4-hydroxyphenyl)propiona†e] commercialisé notamment sous le nom BNX® 1035 par Mayzo, le Tetrakis [Me†hylene-3 (3',5'-di-†er†-bu†yl-4- hydroxyphenyl) propionate] methane, Oc†adecyl-3-(3,5-di-†er†-bu†yl-4- hydroxyphenyl)-propiona†e commercialisé notamment sous le nom BNX® 2086 par Mayzo, le 1 ,3,5-†ris(3,5-di-†er†-bu†yl-4-hydroxybenzyl)-l ,3,5- triazine- 2, 4, 6(1 H,3H,5H)†rione commercialisé notamment sous le nom BNX® 31 14 par Mayzo.
Procédé d’agglomération par fusion
Comme on l’entend ici un procédé d’agglomération de poudre par fusion est considéré synonyme de frittage. Le procédé d’agglomération de poudre par fusion selon l’invention est de préférence un procédé de fabrication d’objets ou d’articles, notamment tridimensionnels (3D).
La fusion est de préférence obtenue à l’aide d’un rayonnement ou d’un apport d’énergie électromagnétique. Le rayonnement peut être choisi parmi n’imporfe quel rayonnement bien connu de l’homme du métier. A fifre d’exemple de rayonnement, il est possible de citer un faisceau laser, un rayonnement infra-rouge, un rayonnement UV, un rayonnement de type LED. De manière particulièrement préférée la fusion est obtenue par un rayonnement laser, on parle alors d’un procédé de frittage laser (« laser sintering »). De manière encore plus préférée, le procédé d’agglomération de poudre par fusion selon l’invention est un procédé de frittage laser sélectif (« sélective laser sintering »), ou un procédé sous le nom « High Speed Sintering » (HSS) ou « Multi-Jet Fusion » (MJF).
De préférence, le procédé d’agglomération de poudre par fusion selon l’invention est un procédé couche à couche ou procédé de fabrication additive.
A fifre d’exemple, le procédé d’agglomération de poudre par fusion selon l’invention comprend les étapes suivantes : a. une fine couche de poudre de polyamide selon l’invention (couche 1 ) est déposée sur une plaque horizontale maintenue dans une enceinte chauffée à une température située entre la température de cristallisation (Te) et la température de fusion (TF) de ladite poudre, b. un rayonnement, notamment un rayonnement laser, permet l’agglomération des particules de poudre par fusion en différents points de la couche de poudre (couche 1 ) selon une géométrie correspondant à l'objet à fabriquer, c. la plaque horizontale est ensuite abaissée d'une valeur correspondant à l'épaisseur d'une couche de poudre puis une nouvelle couche de poudre est déposée (couche 2), d. le rayonnement, notamment le rayonnement laser, permet l'agglomération des particules par fusion de la couche de poudre (couche 2) selon une géométrie correspondant à cette nouvelle franche de l'objet à fabriquer, e. les étapes précédentes son† répétées, formant ainsi un cycle, jusqu’à ce que l’objet soit construit ; f. on obtient à l’intérieur de l’enceinte un objet entouré de poudre ; g. après complet refroidissement, l'objet est séparé de la poudre. De manière particulièrement préférée, le procédé d’agglomération de poudre par fusion selon l’invention est un procédé d’impression 3D.
Le procédé d’agglomération de poudre par fusion selon l’invention peut être mis en œuvre par un dispositif adapté, notamment une imprimante 3D. A fifre d’exemple de dispositifs, il est possible de citer les dispositifs de frittages commercialisés par EOS, 3D Systems, Aspect, Trump Précision Machinery, Hewlett Packard, Sinferif, Sinfrafec, Sharebot, FormLabs, Sonda Sys, Farsoon, Prodways, Ricoh, Wema††er3D, VoxelJet, ou encore Xaar. On peut plus particulièrement citer les dispositifs EOSINT P396 et Formiga PI 00 d’EOS GmbH.
La poudre réutilisée ou recyclée selon l’invention est la poudre qui n’a pas été agglomérée, ou qui n’a pas fondu, lors des différents cycles de fusion de la poudre nécessaires pour fabriquer ou construire un objet. Comme on l’entend ici les différents cycles forment un « run ». Autrement dit, un « run » correspond à une construction.
De préférence, dans chaque ensemble de cycles de construction, ou «run », la teneur de poudre recyclée est d’au moins 50%, de préférence d’au moins 60%, plus préférablement d’au moins 70% en masse, sur la masse totale de poudre utilisée en machine à chaque run. De préférence également, à partir d’un premier run qui utilise 100% de poudre fraîche, c’est-à-dire non recyclée, chaque run qui suit réutilise ou recycle au moins 50%, de préférence au moins 60%, de préférence au moins 70%, en masse de poudre du run précédent qui n’a pas été agglomérée, sur la masse totale de poudre utilisée en machine à chaque run.
Objet
L’objet ou l’article selon l’invention est de préférence un objet ou un article tridimensionnel (3D), notamment un produit d’impression 3D.
De préférence, cet objet est choisi parmi un prototype, un modèle de pièce (« rapid prototyping »), une pièce finie en petite série (« rapid manufacturing ») pour les domaines automobile, nautique, aéronautique, aérospatial, médical (prothèses, systèmes auditifs, ...), le textile, l’habillement, la mode, la décoration, le domaine des boîtiers pour l’électronique, la téléphonie, la domotique, l’informatique, l’éclairage, le sport, et l’outillage industriel.
De préférence, les objets selon l’invention, présentent :
- un module supérieur à 1500 MPa, - un allongement à la rupture supérieur à 40%, et
- une contrainte à la rupture supérieure à 40 MPa, de préférence, 45 MPa, même après plusieurs recyclages de la poudre, pour des objets construits en X/Y, c’est-à-dire fabriqués majorifairemen† dans les deux dimensions horizontales ou « à plat » dans le dispositif d’agglomération de poudre par fusion. Les propriétés mécaniques ci-dessus (module, allongement à la rupture, contrainte à la rupture) son† de préférence toutes mesurées selon la norme ISO 527-1 B : 2012.
L’invention sera davantage explicitée de manière non limitative à l’aide de l’Exemple qui suit.
EXEMPLE
Exemple 1
Les inventeurs ont étudié le vieillissement de la poudre selon l’invention en reproduisant les conditions auxquelles sont exposées les poudres pour impression 3D au cours de plusieurs runs d’impression.
A. Matériels et méthodes
1 . Matériaux utilisés
1.1. Poudre de polyamide selon l’invention
La poudre pour impression 3D testée est constituée de 1000 parties en masse d’une poudre de PA1 1 obtenue par broyage du polymère issu de la polycondensation de l’acide amino-1 1-undécanoïque catalysée par l’acide hypophosphorique (H3PO4) (poudre 1 ) ou par l’acide hypophosphoreux (H3PO2) (poudre 2) et mélangée à 2 à 5 parties en masse d’un antioxydant phénolique (Irganox 245 (BASF)), 3 à 8 parties en masse d’un antioxydant thioéther (ADK Stab A0412S (Adeka)), 1 à 3 parties en masse d’un agent d’écoulement (Cab-O-Sil TS 610 (CABOT)). Trois échantillons ont été formulés comprenant 2, 4 et 6 parties en masse d’acide sébacique (DC10). L’acide sébacique, les antioxydants, l’agent d’écoulement on† été ajoutés au prépolymère de PA1 1 , puis le mélange a été soumis à une étape de polycondensation en phase solide pour donner la poudre de polyamide de l’exemple 1 .1 .
1.2. Exemple comparatif
L’exemple comparatif est constituée de 1000 parties en masse d’une poudre de PA1 1 obtenue par broyage du polymère issu de la polycondensation de l’acide amino-1 1-undécanoïque catalysée par l’acide hypophosphorique (H3PO4) (poudre 1 ) ou par l’acide hypophosphoreux (H3PO2) (poudre 2) et mélangée à 3 parties en masse d’un antioxydant phénolique (Irganox 245 (BASF)), 5 parties en masse d’un antioxydant thioéther (ADK Stab A0412S (Adeka)), 2 parties en masse d’un agent d’écoulement (Cab-O-Sil TS 610 (CABOT)). Les antioxydants et l’agent d’écoulement on† été ajoutés au prépolymère de PA 1 1 , puis le mélange est soumis à une étape de polycondensation en phase solide, pour donner la poudre de l’exemple 1 .2. 2. Vieillissement
Le test consiste à exposer la poudre de polyamide à une température de 10 à 50°C inférieure à la température de fusion TF du polyamide pur. Les poudres de polyamide (exemple comparatif et poudres de polyamide selon l’invention) son† placées dans des flacons de verre fermés par un opercule en aluminium percé de trous. Les flacons son† déposés dans une étuve (ITEM FGE 140) régulée à 180°C, sous air, pour vieillissement. Ce test simule les conditions d’exposition que peut subir une poudre dans une machine 3D, pendant 1 run ou plusieurs runs, selon les durées d’exposition. Les durées d’exposition von† de 0 à 90h.
3. Viscosité inhérente de la poudre de polyamide
La viscosité inhérente est mesurée à 20°C, en solution à 0,5% massique dans le métacrésol selon la méthode de mesure de la viscosité détaillée ci-dessus.
4. Température de fusion de la poudre de polyamide
La température de fusion de la poudre est mesurée par colorimétrie différentielle à balayage (DSC) selon la norme ISOl 1357-6 sur un appareil DSC Q2000 (TA Instruments) avec un équilibre à -20°C (vitesse de changement de température 20°C/min. jusqu’à 240°C, 20°C/min jusqu’à -20°C, 20°C/min jusqu’à 240°C).
B. Résultats
Le tableau 1 ci-dessous comprend les mesures de viscosité de poudres de polyamide (exemple comparatif et poudres de polyamide selon l’invention) ayant une viscosité initiale de 1 ,35.
[Tableau 1) Le tableau 2 ci-dessous représente les mesures de viscosité de poudres de polyamide selon l’invention ayant une viscosité initiale de 1 ,10.
[Tableau 2]
Le tableau 3 ci-dessous représente les mesures de température de fusion des poudres de polyamide selon l’invention ci-dessus ayant une viscosité initiale de 1 ,10. [Tableau 31 C. Conclusion
La présence d’un diacide carboxylique limiteur de chaîne, l’acide sébacique, permet de contrôler l’augmentation de viscosité e† de température de fusion d’une poudre de polyamide se produisant au cours d’un vieillissement représentatif des runs (cycles) successifs d’une impression 3D.
Exemple 2
Les échantillons ont été préparés selon le protocole décrit dans l’exemple 1 (voir
1.1 ).
Les tests de vieillissement ont été réalisés selon le protocole décrit dans l’exemple 1 (voir 1 .2) sauf que les tests ont été menés à 180°C sous vide.
N. R. = non réalisé.
Il a été observé que la présence d’acide sébacique permet de réduire l’augmentation de viscosité d’une poudre de polyamide se produisant au cours d’un vieillissement sous vide représentatif des runs (cycles) successifs d’une impression 3D.
Exemple 3
La poudre pour impression 3D testée est constituée de 1000 parties en masse d’une poudre de PA1 1 et mélangée à sec (« dry-blend »), à 2 à 5 parties en masse d’un antioxydant phénolique (Irganox 245 (BASF)), 3 à 8 parties en masse d’un antioxydant thioéther (ADK Stab A0412S (Adeka)), 1 à 3 parties en masse d’un agent d’écoulement (Cab-O-Sil TS 610 (CABOT)). Trois échantillons ont été formulés comprenant 2, 4 et 6 parties en masse d’acide sébacique (DC10), et 6 parties en masse d’acide dodécanedioïque (DC12).
Les tests de vieillissement on† été menés selon le protocole décrit dans l’exemple 1 (voir 1 .1 ) à 180°C sous vide.
N. R. = non réalisé.
Il a été observé que la présence de l’acide sébacique ou de l’acide dodécanedioïque permet de réduire l’augmentation de viscosité d’une poudre de polyamide se produisant au cours d’un vieillissement sous vide représentatif des runs (cycles) successifs d’une impression 3D.

Claims

Revendications
1. Poudre de polyamide destinée à être utilisée dans un procédé d’agglomération de poudre par fusion, comprenant au moins un limiteur de chaîne.
2. Poudre selon la revendication 1 , dans laquelle le limiteur de chaîne représente de 0,01 à 10%, de préférence 0,01 à 5%, de préférence de 0,01 à 4%, de préférence de 0,01 à 3%, de préférence de 0,01 à 2%, de préférence de 0,01 à 1 % en masse sur la masse totale de poudre de polyamide représentant 100%.
3. Poudre selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le limiteur de chaîne es† sélectionné dans le groupe constitué des diacides carboxylique, des monoacides carboxylique, des diamines e† des monoamines.
4. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le limiteur de chaîne es† sélectionné dans le groupe constitué de l'acide acétique, l'acide propionique, l'acide benzoïque, l'acide stéarique, l’acide laurique, l’acide butanoïque, l’acide pentanoïque, l’acide hexanoïque, l’acide heptanoïque, l’acide octanoïque, l’acide nonanoïque, l’acide décanoïque, l’acide undécanoïque, l’acide acrylique, l’acide méthacrylique, l’acide crotonique, l’acide cinnamique, l’acide hexadécanoïque, l’acide octodécanoïque, l'acide tétradécanoïque, l’acide sébacique, l’acide adipique, l’acide azélaïque, l’acide subérique, l’acide dodécanedicarboxylique, e† l'acide ortho-phtalique, l’acide butane-dioïque, la 1- aminopentane, la 1-aminohexane, la l-aminohep†ane, la l-aminooc†ane, la 1 - aminononane, la 1-aminodécane, la 1-aminoundécane, la 1 -aminododécane, la benzylamine, e† l'oleylamine, les isomères des bis-(4-aminocyclohexyl)-méthane (BACM), bis-(3-méthyl-4-aminocyclohexyl)méthane (BMACM), e† 2-2-bis-(3-méthyl-4- aminocyclohexyl)-propane(BMACP), e† para-amino-di-cyclo-hexyl-méthane (PACM), l'isophoronediamine (IPDA), la 2,6-bis-(aminométhyl)-norbornane (BAMN) e† la pipérazine.
5. Poudre selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le polyamide comprend au moins un monomère sélectionné dans le groupe constitué du 46, 4T, 54, 59, 510, 512, 513, 514, 516, 518, 536, 6, 64, 69, 610, 612, 613, 614, 616, 618, 636, 6T, 9, 104, 109, 1010, 101 1 , 1012, 1013, 1014, 1016, 1018, 1036, 10T, 1 1 , 12, 124, 129, 1210,
1212, 1213, 1214, 1216, 1218, 1236, 12T, MXD6, MXD10, MXD12, MXD14, e† de leurs mélanges.
6. Poudre selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle le polyamide est sélectionné dans le groupe constitué du PA 6, le PA 66, le PA 1010, le PA 1 1 , le PA 12, le PA 101 1 , le PA 610, le PA 612, le PA 613, et de leurs mélanges.
7. Poudre selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant en outre au moins un antioxydant thioéther.
8. Poudre selon la revendication 7, dans laquelle ledit au moins un antioxydant thioéther est sélectionné dans le groupe constitué de dilauryl thiodipropionate (DLTDP), ditridecyl thiodipropionate (DTDTDP), distearyl thiodipropionate (DSTDP), dimyrystil thiodipropionate (DMTDP), pentaerythritol tetrakis (3-dodecylthio propionate ou 3-laurylthiopropionate), et de leurs mélanges.
9. Poudre selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle ledit au moins un antioxydant thioéther représente de 0,1 à 5%, de préférence 0,1 à 4%, de préférence de 0,1 à 3%, de préférence de 0,1 à 2%, de préférence de 0,1 à 1% en masse sur la masse totale de poudre représentant 100%.
10. Procédé de préparation d’une poudre selon l’une des revendication 1 à 9, dans lequel, le limiteur de chaîne es† mélangé avec la poudre de polyamide, e† le cas échéant au moins un antioxydant thioéther, par le mélange à sec.
11. Procédé de préparation d’une poudre selon l’une des revendication 1 à 9, dans lequel, le limiteur de chaîne es† mélangé avec la poudre de prépolymère de polyamide possédant une viscosité inhérente inférieure ou égale à 0,80, e† le cas échéant au moins un antioxydant thioéther, comprenant une étape de polycondensation en phase solide dudit mélange.
12. Procédé selon la revendication 1 1 , dans lequel, le limiteur de chaîne es† mélangé avec la poudre de prépolymère de polyamide, e† le cas échéant, avec l’au moins un antioxydant thioéther, après une étape de traitement à l’eau et/ou une étape de traitement à l’acide.
13. Poudre de polyamide susceptible d’être obtenue selon le procédé de l’une des revendications 10 à 12.
14. Procédé de fabrication d’objet dans lequel on agglomère une poudre de polyamide telle que définie dans l’une des revendications 1 à 9 ou 13 par fusion.
15. Objet fabriqué en utilisant au moins une poudre de polyamide telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 10.
16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la poudre de polyamide non agglomérée est récupérée.
17. Utilisation de la poudre de polyamide non agglomérée et récupérée selon le procédé tel que défini dans la revendication 16 pour la fabrication d’objets par agglomération de la poudre par fusion.
18. Utilisation d’au moins un limifeur de chaîne pour contrôler l’augmentation de viscosité ou de température de fusion d’une poudre de polyamide destinée à être utilisée dans un procédé d’agglomération de poudre par fusion.
19. Utilisation d’au moins un limifeur de chaîne pour améliorer la recyclabilité d’une poudre de polyamide destinée à être utilisée dans un procédé d’agglomération de poudre par fusion.
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