JP2020506090A - 3dプリンティングで造形されたプラスチック部品におけるロード間の接着及び合体の改善 - Google Patents
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Abstract
本開示は、付加製造のための組成物であって、熱可塑性ポリマーと、熱可塑性ポリマーの比熱に比べて該組成物の比熱を減少させることができる鉱物添加剤とを含有し、該組成物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下であるように、該組成物中の鉱物添加剤の割合が設定され得て、該組成物がフィラメント、ロッド、ペレット又は顆粒の形態であってもよい、組成物を記載する。本明細書に開示される組成物は、材料押出しによって付加製造を行うのに適した組成物として機能するように適合され得る。また、付加製造プロセス、及び溶融フィラメント製造のための組成物を生産する方法が本明細書に開示される。【選択図】図1(a)
Description
[優先権主張]
本PCT国際出願は、2017年2月2日付けで出願された米国仮特許出願第62/453,616号の優先権の利益を主張し、その主題は引用することによりその全体が本出願の一部をなす。
本PCT国際出願は、2017年2月2日付けで出願された米国仮特許出願第62/453,616号の優先権の利益を主張し、その主題は引用することによりその全体が本出願の一部をなす。
本出願は、概して材料技術に関し、より具体的には付加製造のための組成物の調製及び使用に関する。より詳しくは、本出願は、付加製造のための組成物、該組成物を生産する方法、該組成物を使用する付加製造プロセス、及び該組成物から形成された物体を開示する。
近年、付加製造(所与の材料の層ごとの積層によって部品を構築するプロセス)が進歩したため、多くの人は、付加製造が特定の従来の製造技術(例えばインベストメント鋳造法)に置き換わる可能性があると考えている。付加製造に関連する主な利益の1つは、層ごとに構築する方法により、その構築の間に部品の内部へのアクセスが可能となることであり、これは成形品重量(part weight)に対して機械特性の著しい改善を達成することができる複雑な内部構造の容易な組み込みを促進する。さらに、付加製造は、3Dコンピュータ支援設計(CAD)モデルから完成部品までを迅速に移行させることで、より効率的に試作品を作ることを可能とする。
材料押出し(MEX)技術は、かかる付加製造技術の1つである。MEX技術は、圧力の印加により、貯蔵器に含まれる材料がノズルを通って押出されるプロセスである。圧力が一定のままであれば、得られる押出し材(一般に「ロード(road)」と称される)は、定速で流れ、一定の断面径を保つ。積層表面を横切るノズルの移動も流速に対応して一定速度で維持されることで、押出された「ロード」の直径は一定のままとなる。
最も一般的に使用される材料押出しアプローチは、物質の状態を制御する方法として温度を用いる。幾つかのMEX技術では、固体の熱可塑性材料は、貯蔵器の内部で液化され、それがノズルを通って流れ、凝固する前に隣接する材料と結合する。高品質の部品の造形のため、押し出される材料は、積層時に半固体でなくてはならず、その後、変形を最小限に留めながら完全に凝固しなければならない。さらに、押し出されたフィラメントは、固体の構造を形成するように、予め積層された材料にも結合しなければならない。連続する積層の間のこの材料変形の制限とフィラメント間結合の最大化との組合せは、MEX 3Dプリンティング用新素材を開発するための課題である。
ポリエチレン(PE)及びポリプロピレン(PP)を含むポリオレフィンは、今日、プラスチック産業において最も生産量が多いポリマーである。この大半の理由は、ポリオレフィンが低密度であること、リサイクルが容易であること、及び加工性が幅広いことに起因して、コスト/パフォーマンス値が優れているためである。例えば、ポリオレフィンは、典型的にはペレット形態で得られ、押出し、ブロー成形し、射出成形し、又は回転成形(rotomolded)することで、種々様々な部品を造形し得る。さらに、触媒設計における最近の進歩により、ポリオレフィンには高度に調整可能な分子の構造及び機械特性(例えば、弾性から脆性に及ぶ)がある。この広範囲の機械特性及び加工性により、3Dプリンティングで使用されるポリオレフィンシステムを開発することが非常に望ましい。
一貫した機械特性を有するMEX 3Dプリントされた部品を作り出す課題の1つは、個々に積層されたポリマー「ロード」から固体部分を生産することである。溶融ポリマー「ロード」の積層中に、個々のストランド(strands)は固体部分を形成するために合体しなければならない。別々の層間の低い結合力の問題は、ポリオレフィンの使用を含む付加製造プロセスで特に顕著である。特にMEX 3Dプリンティングの用途に関し、合体及び接着が劣るという問題は、ポリオレフィン含有材料を使用する場合に、熱溶解積層法(FDM:fused deposition modeling)の商業上許容可能な使用を妨げている。
本発明者らは、付加製造によって形成された物体の層間の改善された合体及び接着を可能とする材料及び方法を見出すニーズが存在することを認識した。例えば、改善された層ごとの合体及び結合した層間の接着に起因して物体が改善された特性を示す、MEX 3Dプリンティングによって該物体を生産するために使用され得るポリオレフィン系組成物を見出すニーズがある。また、かかるポリオレフィン系組成物を調製する及び使用する方法を見出すニーズも存在する。
以下の開示は、付加製造のための組成物の調製及び使用を記載する。
本開示の実施の形態は、当業者がそれらを作製し使用することができるように、本明細書に記載され、本開示の実施の形態は、以下を含む:
(1)幾つかの実施の形態は、付加製造のための組成物であって、該組成物が、熱可塑性ポリマーと、熱可塑性ポリマーの比熱と比べて組成物の比熱を減少させることができる鉱物添加剤とを含み、(a)組成物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下であるように、組成物中の鉱物添加剤の割合が設定され、(b)組成物がフィラメント、ロッド、ペレット又は顆粒の形態であり、(c)組成物が、材料押出しによって付加製造を行うのに適した組成物として機能するように適合される、組成物に関する。
(2)幾つかの実施の形態は、付加製造プロセスであって、請求項1に記載の組成物を融解させて溶融混合物を形成する工程と、溶融混合物を加工面に送達して、該加工面上に溶融積層物を得る工程と、溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態で複合材料を得る工程とを含む、プロセスに関する。
(3)幾つかの実施の形態は、溶融フィラメント製造のための組成物を生産する方法であって、(i)材料押出しを経ることができる熱可塑性ポリマーを選択して半流動体を形成する工程と、(ii)熱可塑性ポリマーの比熱を測定する工程と、(iii)熱可塑性ポリマーを鉱物添加剤と組み合わせて複合材料を得る工程と、(iv)複合材料の比熱を測定する工程と、(v)複合材料中の鉱物添加剤の割合を調整して、熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下である比熱を有する組成物を得る工程とを含む、方法に関する。
(4)幾つかの実施の形態は、付加製造プロセスであって、ポリオレフィン及び鉱物添加剤を含有する固体混合物を融解させて、溶融混合物を形成する工程と、溶融混合物を加工面の面に対して充填角度で該加工面に送達し、加工面上に溶融積層物を得る工程と、溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態の複合材料を得る工程と、連続する断面に対して融解工程及び送達工程を繰り返して物体を造形する工程とを含み、固体混合物中の鉱物添加剤の割合が、以下の式(1):
(TS(90°)は、充填角度90°で加工面に溶融混合物を送達することにより形成される物体Bの降伏点における引張応力を表し、TS(0°)は、充填角度0°で加工面に溶融混合物を送達することにより形成される物体Aの降伏点における引張応力を表す)を満たすように調整される、プロセスに関する。
(5)幾つかの実施の形態は、付加製造プロセスであって、熱可塑性ポリマー及び鉱物添加剤を別々に材料押出しノズルへと測り取り、得られた混合物を融解させて溶融混合物を得る工程と、溶融混合物を表面に送達して、物体の断面へと凝固する溶融積層物を得る工程と、連続する断面に対して測り取り、融解及び送達の工程を繰り返して物体を造形する工程とを含み、熱可塑性ポリマーに対する鉱物添加剤の混合比率が、以下の条件:(i)物体の反りが、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の反りよりも小さいこと、(ii)物体の降伏点における引張応力が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の降伏点における引張応力よりも小さいこと、(iii)物体のフィラメント破断点における引張応力が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のフィラメント破断点における引張応力よりも小さいこと、(iv)物体の弾性率が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の弾性率よりも小さいこと、及び、(v)物体のボイドスペースが、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のボイドスペースよりも小さいことの少なくとも1つが満たされるように制御される、プロセスに関する。
(1)幾つかの実施の形態は、付加製造のための組成物であって、該組成物が、熱可塑性ポリマーと、熱可塑性ポリマーの比熱と比べて組成物の比熱を減少させることができる鉱物添加剤とを含み、(a)組成物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下であるように、組成物中の鉱物添加剤の割合が設定され、(b)組成物がフィラメント、ロッド、ペレット又は顆粒の形態であり、(c)組成物が、材料押出しによって付加製造を行うのに適した組成物として機能するように適合される、組成物に関する。
(2)幾つかの実施の形態は、付加製造プロセスであって、請求項1に記載の組成物を融解させて溶融混合物を形成する工程と、溶融混合物を加工面に送達して、該加工面上に溶融積層物を得る工程と、溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態で複合材料を得る工程とを含む、プロセスに関する。
(3)幾つかの実施の形態は、溶融フィラメント製造のための組成物を生産する方法であって、(i)材料押出しを経ることができる熱可塑性ポリマーを選択して半流動体を形成する工程と、(ii)熱可塑性ポリマーの比熱を測定する工程と、(iii)熱可塑性ポリマーを鉱物添加剤と組み合わせて複合材料を得る工程と、(iv)複合材料の比熱を測定する工程と、(v)複合材料中の鉱物添加剤の割合を調整して、熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下である比熱を有する組成物を得る工程とを含む、方法に関する。
(4)幾つかの実施の形態は、付加製造プロセスであって、ポリオレフィン及び鉱物添加剤を含有する固体混合物を融解させて、溶融混合物を形成する工程と、溶融混合物を加工面の面に対して充填角度で該加工面に送達し、加工面上に溶融積層物を得る工程と、溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態の複合材料を得る工程と、連続する断面に対して融解工程及び送達工程を繰り返して物体を造形する工程とを含み、固体混合物中の鉱物添加剤の割合が、以下の式(1):
(5)幾つかの実施の形態は、付加製造プロセスであって、熱可塑性ポリマー及び鉱物添加剤を別々に材料押出しノズルへと測り取り、得られた混合物を融解させて溶融混合物を得る工程と、溶融混合物を表面に送達して、物体の断面へと凝固する溶融積層物を得る工程と、連続する断面に対して測り取り、融解及び送達の工程を繰り返して物体を造形する工程とを含み、熱可塑性ポリマーに対する鉱物添加剤の混合比率が、以下の条件:(i)物体の反りが、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の反りよりも小さいこと、(ii)物体の降伏点における引張応力が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の降伏点における引張応力よりも小さいこと、(iii)物体のフィラメント破断点における引張応力が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のフィラメント破断点における引張応力よりも小さいこと、(iv)物体の弾性率が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の弾性率よりも小さいこと、及び、(v)物体のボイドスペースが、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のボイドスペースよりも小さいことの少なくとも1つが満たされるように制御される、プロセスに関する。
本開示の追加の目的、利点及び他の特徴は、一部は以下に続く記載において述べられ、一部は以下の試験により当業者に明らかとなり、又は本開示の実施から習得され得る。本開示は、他の及び以下に具体的に記載されるものとは異なる実施形態を包含し、本明細書の詳細は、本発明から逸脱することなく様々な点で修飾が可能である。この点で、本明細書の記載は、本質的には実例であって、限定的ではないものとして理解される。
本開示の実施形態は、以下を示す図を考慮して以下の記載において説明される。
この開示の実施形態は、付加製造のための様々な組成物と並んで、付加製造のための組成物を生産する方法、及び該組成物を使用する付加製造プロセスを含む。本開示の組成物は、一般的にはポリマーと、上記組成物を用いて付加製造を行うことにより形成される物体の特性を改善する添加剤とを含有する。
以下により詳しく説明されるように、任意の特定の理論に拘束されるものではないが、幾つかの実施形態では、2つの因子が、本明細書に開示される組成物を用いて付加製造を行うことにより形成される物体の特性の改善を担う可能性があると考えらえる。第1に、結晶化度が減少された(例えば、結晶化温度が低い)ポリマーは、材料押出し(MEX)による付加製造を行うのに理想的となり得ると考えられる。第2に、開始ポリマーの比熱、粘度及び/又は密度と比べて、得られる複合材料配合物の比熱、粘度及び/又は密度を減少させる添加剤を用いて低結晶化度ポリマーを配合することは、付加製造の間に積層される層の合体及び接着を改善することができると考えられる。他の実施形態では、添加剤の他の特徴が、本開示の組成物を用いて付加製造プロセスを行うことにより形成される物体の特性の改善を担う可能性があると考えられる。
付加製造のための組成物
幾つかの実施形態は、ポリマーと、上に記載される改善された物理特性を提供する添加剤とを含有する、付加製造のための組成物に関する。幾つかの実施形態では、上記添加剤は、ポリマーの比熱と比べて、上記組成物の比熱を減少させることができる。かかる組成物は、該組成物の比熱がポリマーの比熱の95%以下であるように該組成物中の添加剤の割合を設定して配合され得る。また、かかる組成物は、該組成物がフィラメント、ロッド、ペレット又は顆粒の形態であるように配合され得る。幾つかの実施形態では、上記組成物は、材料押出しによって付加製造を行うのに適した組成物として機能するように適合される。
幾つかの実施形態は、ポリマーと、上に記載される改善された物理特性を提供する添加剤とを含有する、付加製造のための組成物に関する。幾つかの実施形態では、上記添加剤は、ポリマーの比熱と比べて、上記組成物の比熱を減少させることができる。かかる組成物は、該組成物の比熱がポリマーの比熱の95%以下であるように該組成物中の添加剤の割合を設定して配合され得る。また、かかる組成物は、該組成物がフィラメント、ロッド、ペレット又は顆粒の形態であるように配合され得る。幾つかの実施形態では、上記組成物は、材料押出しによって付加製造を行うのに適した組成物として機能するように適合される。
幾つかの実施形態では、上記組成物は、該組成物の比熱がポリマーの比熱の90%以下、又は85%以下、又は80%以下、又は75%以下、又は70%以下、又は65%以下、又は60%以下であるように上記組成物中の添加剤の割合を設定して配合され得る。
「ポリマー」又は「ベースポリマー」は、熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、弾性ポリマー、又はそれらの任意の組合せを含み得る。本開示のポリマーとして数例を挙げると、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエチレンイミン、ポリオキシメチレン、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリ乳酸、ポリシロキサン並びにそれらのコポリマー及びブレンド、例えばアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)コポリマーが挙げられる。他の実施形態において、ポリマーは数例を挙げるとポリスチレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ(エチルビニルアセテート)、ポリエチレンテレフタレート、並びにそれらのコポリマー及びブレンドから選択される少なくとも1つを含み得る。
幾つかの実施形態において、ポリマーはポリオレフィンの形態の熱可塑性ポリマーである。例えば、組成物はランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィン、例えばランダムコポリプロピレン又はブロックコポリプロピレンを含む熱可塑性ポリマーを含み得る。
本開示の組成物は上記のベースポリマーとは異なる少なくとも1つの更なるポリマーを含み得る。例えば、幾つかの実施形態において、組成物は、ベースポリマーとは異なる天然又は合成ポリマーを含み得る。例えば、本開示の幾つかの組成物は、ベースポリマーと、添加剤と、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアルキレンアミン、ポリオキシアルキレン、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリ乳酸、ポリシロキサン、ポリオレフィン及びそれらのコポリマー及びブレンドから選択される少なくとも1つの更なるポリマーとを含む。他の実施形態において、組成物は、ベースポリマーと、添加剤と、ベースポリマーとは異なるエラストマーとを含み得る。
幾つかの実施形態では、ベースポリマーは、0.9g/cm3以下の密度を有する熱可塑性ポリマーである。他の実施形態では、熱可塑性ポリマーの密度は、0.85g/cm3以下、又は0.80g/cm3以下、又は0.75g/cm3以下、又は0.70g/cm3以下であってもよい。幾つかの実施形態では、ベースポリマーは、例えば結晶、半結晶、又は非晶質の熱可塑性ポリマー等の結晶、半結晶、又は非晶質のポリマーの形態である。例えば、本開示の幾つかの組成物は、ベースポリマーとして、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する熱可塑性ポリマーを含有する。他の実施形態では、本開示の組成物は、ベースポリマーとして、毎分20℃の冷却速度で65℃以下、又は60℃以下、又は55℃以下、又は50℃以下の結晶化温度を有する熱可塑性ポリマーを含有してもよい。
「添加剤」は、無機添加剤であってもよく、又は有機添加剤であってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、添加剤は、無機鉱物、有機化合物、有機ポリマー又はそれらの混合物を含み得る鉱物添加剤の形態である。本開示の組成物に含有される添加剤は、無機鉱物、炭素の同素体、及び有機ポリマーからなる群から選択される少なくとも1つの鉱物添加剤を含み得る。
組成物は、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せから選択される少なくとも1つを含む鉱物添加剤を含み得る。
例えば、本開示の組成物は、フェナス石(Be2SiO4)、珪亜鉛鉱(Zn2SiO4)、苦土カンラン石(Mg2SiO4)、鉄カンラン石(Fe2SiO4)、テフロ石(Mn2SiO4)、苦礬柘榴石(Mg3Al2(SiO4)3)、鉄礬柘榴石(Fe3Al2(SiO4)3)、満礬柘榴石(Mn3Al2(SiO4)3)、灰礬柘榴石(Ca3Al2(SiO4)3)、灰鉄柘榴石(Ca3Fe2(SiO4)3)、灰格柘榴石(Ca3Cr2(SiO4)3)、加水灰礬柘榴石(Ca3Al2Si2O8(SiO4)3−m(OH)4m)、ジルコン(ZrSiO4)、トール石((Th,U)SiO4)、パーライト(Al2SiO5)、紅柱石(Al2SiO5)、藍晶石(Al2SiO5)、珪線石(Al2SiO5)、ジュモルチ石(Al6.5−7BO3(SiO4)3(O,OH)3)、トパーズ(Al2SiO4(F,OH)2)、十字石(Fe2Al9(SiO4)4(O,OH)2)、ヒューム石((Mg,Fe)7(SiO4)3(F,OH)2)、ノルベルグ石(Mg3(SiO4)(F,OH)2)、コンドロ石(Mg5(SiO4)2(F,OH)2)、ヒューム石(Mg7(SiO4)3(F,OH)2)、斜ヒューム石(Mg9(SiO4)4(F,OH)2)、ダトー石(CaBSiO4(OH))、チタン石(CaTiSiO5)、硬緑泥石((Fe,Mg,Mn)2Al4Si2O10(OH)4)、ムル石(ポーセラナイトとも呼ばれる)(Al6Si2O13)、異極鉱(珪酸亜鉛鉱)(Zn4(Si2O7)(OH)2・H2O)、ローソン石(CaAl2(Si2O7)(OH)2・H2O)、珪灰鉄鉱(CaFeII 2FeIIIO(Si2O7)(OH))、緑簾石(Ca2(Al,Fe)3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、灰簾石(Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、単斜灰簾石(Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、タンザナイト(Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、褐簾石(Ca(Ce,La,Y,Ca)Al2(FeII,FeIII)O(SiO4)(Si2O7)(OH))、ドレイス石(Ce)(CaCeMg2AlSi3O11F(OH))、ベスブ石(アイドクレース)(Ca10(Mg,Fe)2Al4(SiO4)5(Si2O7)2(OH)4)、ベニト石(BaTi(Si3O9))、斧石((Ca,Fe,Mn)3Al2(BO3)(Si4O12)(OH)、緑柱石/エメラルド(Be3Al2(Si6O18))、杉石(KNa2(Fe,Mn,Al)2Li3Si12O30)、菫青石((Mg,Fe)2Al3(Si5AlO18))、電気石((Na,Ca)(Al,Li,Mg)3−(Al,Fe,Mn)6(Si6O18(BO3)3(OH)4)、頑火輝石(MgSiO3)、鉄珪輝石(FeSiO3)、ピジョン輝石(Ca0.25(Mg,Fe)1.75Si2O6)、透輝石(CaMgSi2O6)、灰鉄輝石(CaFeSi2O6)、普通輝石((Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)、翡翠輝石(NaAlSi2O6)、エジリン輝石(錐輝石)(NaFeIIISi2O6)、リシア輝石(LiAlSi2O6)、ウォラストナイト(CaSiO3)、薔薇輝石(MnSiO3)、ソーダ珪灰石(NaCa2(Si3O8)(OH))、直閃石((Mg,Fe)7Si8O22(OH)2)、カミントン閃石(Fe2Mg5Si8O22(OH)2)、グリュネル閃石(Fe7Si8O22(OH)2)、透閃石(Ca2Mg5Si8O22(OH)2)、緑閃石(Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2)、普通角閃石((Ca,Na)2−3(Mg,Fe,Al)5Si6(Al,Si)2O22(OH)2)、藍閃石(Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2)、リーベック閃石(アスベスト)(Na2FeII 3FeIII 2Si8O22(OH)2)、アルベゾン閃石(Na3(Fe,Mg)4FeSi8O22(OH)2)、葉蛇紋石(Mg3Si2O5(OH)4)、温石綿(Mg3Si2O5(OH)4)、リザード石(Mg3Si2O5(OH)4)、ハロイ石(Al2Si2O5(OH)4)、カオリン石(Al2Si2O5(OH)4)、イライト((K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)])、モンモリロン石((Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2・nH2O)、バーミキュライト((MgFe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2・4H2O)、タルク(Mg3Si4O10(OH)2)、海泡石(Mg4Si6O15(OH)2・6H2O)、パリゴルスキー石(又はアタパルジャイト)((Mg,Al)2Si4O10(OH)・4(H2O))、葉蝋石(Al2Si4O10(OH)2)、黒雲母(K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2)、白雲母(KAl2(AlSi3)O10(OH)2)、金雲母(KMg3(AlSi3)O10(OH)2)、リチア雲母(K(Li,Al)2ー3(AlSi3)O10(OH)2)、真珠雲母(CaAl2(Al2Si2)O10(OH)2)、海緑石((K,Na)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2)、緑泥石((Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2・(Mg,Fe)3(OH)6)、石英(SiO2)、鱗珪石(SiO2)、クリストバル石(SiO2)、コース石(SiO2)、スティショフ石(SiO2)、微斜長石(KAlSi3O8)、正長石(KAlSi3O8)、アノーソクレース((Na,K)AlSi3O8)、玻璃長石(KAlSi3O8)、曹長石(NaAlSi3O8)、灰曹長石((Na,Ca)(Si,Al)4O8(Na:Ca 4:1))、中性長石((Na,Ca)(Si,Al)4O8(Na:Ca 3:2))、曹灰長石((Ca,Na)(Si,Al)4O8(Na:Ca 2:3))、亜灰長石((Ca,Na)(Si,Al)4O8(Na:Ca 1:4))、灰長石(CaAl2Si2O8)、黝方石(Na8Al6Si6O24(SO4))、灰霞石(Na6Ca2(CO3,Al6Si6O24).2H2O)、白榴石(KAlSi2O6)、霞石((Na,K)AlSiO4)、方ソーダ石(Na8(AlSiO4)6Cl2)、藍宝石((Na,Ca)4−8Al6Si6(O,S)24(SO4,Cl)1−2)、青金石((Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl)2)、葉長石(LiAlSi4O10)、曹柱石(Na4(AlSi3O8)3(Cl2,CO3,SO4))、灰柱石(Ca4(Al2Si2O8)3(Cl2CO3,S
O4))、方沸石(NaAlSi2O6・H2O)、ソーダ沸石(Na2Al2Si3O10・2H2O)、エリオン沸石((Na2,K2,Ca)2Al4Si14O36・15H2O)、菱沸石(CaAl2Si4O12・6H2O)、輝沸石(CaAl2Si7O18・6H2O)、束沸石(NaCa2Al5Si13O36・17H2O)、スコレス沸石(CaAl2Si3O10・3H2O)、及びモルデン沸石((Ca,Na2,K2)Al2Si10O24・7H2O)からなる群から選択される少なくとも1つの無機鉱物を含む鉱物添加剤を含み得る。
O4))、方沸石(NaAlSi2O6・H2O)、ソーダ沸石(Na2Al2Si3O10・2H2O)、エリオン沸石((Na2,K2,Ca)2Al4Si14O36・15H2O)、菱沸石(CaAl2Si4O12・6H2O)、輝沸石(CaAl2Si7O18・6H2O)、束沸石(NaCa2Al5Si13O36・17H2O)、スコレス沸石(CaAl2Si3O10・3H2O)、及びモルデン沸石((Ca,Na2,K2)Al2Si10O24・7H2O)からなる群から選択される少なくとも1つの無機鉱物を含む鉱物添加剤を含み得る。
他の実施形態において、鉱物添加剤は、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、又はそれらの混合物を含み得る。
幾つかの実施形態において、組成物は、ポリマーと、添加剤と、フィラー材とを含み得る。好適なフィラー材として数例を挙げると、例えばシリカ、アルミナ、木粉、石膏、タルク、雲母、カーボンブラック、モンモリロン石鉱物、チョーク、ケイ藻土、砂、砂利、砕石、ボーキサイト、石灰岩、砂岩、エアロゲル、キセロゲル、ミクロスフェア、多孔質セラミック球、二水石膏、アルミン酸カルシウム、炭酸マグネシウム、セラミック材料、ポゾラン材料、ジルコニウム化合物、結晶性ケイ酸カルシウムゲル、パーライト、バーミキュライト、セメント粒子、軽石、カオリン、二酸化チタン、酸化鉄、リン酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、フッ化リチウム、ポリマー粒子、金属粉、パルプ粉、セルロース、デンプン、リグニン粉、キチン、キトサン、ケラチン、グルテン、ナッツ殻粉、木粉、トウモロコシ穂軸粉、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、ガラスビーズ、中空ガラスビーズ、seagel、コルク、種子、ゼラチン、木粉、おがくず、寒天ベースの材料、グラスファイバー、天然繊維及びそれらの混合物から選択される少なくとも1つが挙げられ得る。
本開示の特定の組成物としては、例えば、1900J/kg・K以上である比熱を有する熱可塑性ポリマーと、組成物の比熱が1800J/kg・K以下になるような添加剤とを含有する組成物が挙げられる。他の実施形態では、例えば、上記組成物は、1950J/kg・K以上、又は2000J/kg・K超、又は2050J/kg・K超、又は2100J/kg・K超である比熱を有する熱可塑性ポリマーと、組成物の比熱が1900J/kg・K以下、又は1850J/kg・K以下、又は1800J/kg・K以下、又は1750J/kg・K以下、又は1700J/kg・K以下、又は1650J/kg・K以下、又は1600J/kg・K以下になるような添加剤とを含んでもよい。
幾つかの実施形態では、上記組成物は、熱可塑性ポリマーと、鉱物添加剤とを含み、鉱物添加剤の割合は、組成物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の90%以下であるように設定される。本開示の幾つかの組成物では、組成物中の鉱物添加剤の割合は、熱可塑性ポリマーと鉱物添加剤とを合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセント、又は5重量パーセント〜75重量パーセント、又は10重量パーセント〜70重量パーセント、又は15重量パーセント〜65重量パーセント、又は20重量パーセント〜60重量パーセントの範囲である。幾つかの実施形態では、上記組成物は、組成物の総重量に対して、50重量%〜93重量%の熱可塑性ポリマーと、7重量%〜50重量%の鉱物添加剤とを含む。
溶融フィラメント製造のための組成物を生産する方法
幾つかの実施形態は、(1)材料押出しを経ることができるポリマーを選択して半流動体を形成する工程と、(2)熱可塑性ポリマーの比熱を測定する工程と、(3)上記ポリマーと添加剤とを合わせて複合材料を得る工程と、(4)該複合材料の比熱を測定する工程と、(5)上記複合材料中の添加剤の割合を調整して、上記ポリマーの比熱の95%以下である比熱を有する組成物を得る工程とを含む、溶融フィラメント製造のための組成物を生産する方法に関する。
幾つかの実施形態は、(1)材料押出しを経ることができるポリマーを選択して半流動体を形成する工程と、(2)熱可塑性ポリマーの比熱を測定する工程と、(3)上記ポリマーと添加剤とを合わせて複合材料を得る工程と、(4)該複合材料の比熱を測定する工程と、(5)上記複合材料中の添加剤の割合を調整して、上記ポリマーの比熱の95%以下である比熱を有する組成物を得る工程とを含む、溶融フィラメント製造のための組成物を生産する方法に関する。
幾つかの実施形態では、上記組成物は、該組成物の比熱が上記ポリマーの比熱の90%以下、又は85%以下、又は80%以下、又は75%以下、又は70%以下、又は65%以下、又は60%以下であるように上記組成物中の添加剤の割合を設定して配合され得る。
幾つかの実施形態では、組成物を生産する方法は、ポリマーが上に記載される熱可塑性ポリマーであり、添加剤が上に記載される鉱物添加剤であるように実施される。熱可塑性ポリマーとしては、例えば、ランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィン等のポリオレフィンが挙げられ得る。
幾つかの実施形態では、上記組成物を生産する方法は、0.9g/cm3以下の密度を有する熱可塑性ポリマーの使用を含む。また、実施形態は、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する熱可塑性ポリマーの使用を含み得る。上記組成物を生産する方法は、熱可塑性ポリマーの比熱が1900J/kg・K以上であり、上記組成物の比熱が1800J/kg・K以下であるように実施され得る。
幾つかの実施形態では、ベースポリマーは、0.9g/cm3以下の密度を有する熱可塑性ポリマーである。他の実施形態では、熱可塑性ポリマーの密度は、0.85g/cm3以下、又は0.80g/cm3以下、又は0.75g/cm3以下、又は0.70g/cm3以下であってもよい。幾つかの実施形態では、ベースポリマーは、例えば、結晶、半結晶又は非晶質の熱可塑性ポリマー等の結晶、半結晶又は非晶質のポリマーの形態である。例えば、本開示の幾つかの組成物は、ベースポリマーとして、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する熱可塑性ポリマーを含有する。他の実施形態では、本開示の組成物は、ベースポリマーとして、毎分20℃の冷却速度で65℃以下、又は60℃以下、又は55℃以下、又は50℃以下の結晶化温度を有する熱可塑性ポリマーを含有してもよい。
幾つかの実施の形態では、上記組成物を生産する方法は、該組成物の比熱が上記熱可塑性ポリマーの比熱の90%以下であるように上記組成物中の鉱物添加剤の割合を設定して実施され得る。上記組成物中の鉱物添加剤の割合は、熱可塑性ポリマーと鉱物添加剤を合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲であってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、得られた組成物は、組成物の総重量に対して、50重量%〜93重量%の熱可塑性ポリマーと、7重量%〜50重量%の鉱物添加剤とを含む。
また、融合フィラメント製造のための組成物を生産する方法の実施形態は、複合材料に、ベースポリマーとは異なる天然又は合成のポリマーを追加のポリマーとして添加する追加工程を含んでもよい。例えば、幾つかの実施形態は、複合材料にエラストマーを添加する追加工程を含んでもよく、該エラストマーはベースポリマーとは異なる。
組成物を生産する方法の幾つかの実施形態では、上記添加剤は、無機鉱物、炭素の同素体及び有機ポリマーから選択される少なくとも1つを含有する鉱物添加剤を含んでもよい。例えば、鉱物添加剤は数例を挙げると、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せからなる群から選択され得る少なくとも1つを含み得る。鉱物添加剤は、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン又はそれらの混合物も含み得る。
幾つかの実施形態では、上記組成物を生産する方法は、上記複合材料にフィラー材を添加する追加工程を含んでもよい。かかるフィラー材は、上記のフィラー材、又は関連する技術において既知の他のフィラー材を含み得る。また、本開示は、融合フィラメント押出しのための組成物を生産する方法によって生産される組成物を含む。
付加製造プロセス
幾つかの実施形態は、上に記載される付加製造のための組成物を融解させて溶融混合物を形成する工程と、該溶融混合物を加工面に送達して加工面上に溶融積層物を得る工程と、該溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態の複合材料を得る工程とを含む、付加製造プロセスに関する。幾つかの実施形態では、断面の形及び内容物は、溶融積層物の各々の形状及び内容物によって少なくとも部分的に定められる。また、付加製造プロセスは、物体を造形するため連続する断面に対して融解工程及び送達工程を繰り返す工程を含んでもよい。また、本開示の実施形態は、上に記載される付加製造プロセスによって形成される物体を含む。
幾つかの実施形態は、上に記載される付加製造のための組成物を融解させて溶融混合物を形成する工程と、該溶融混合物を加工面に送達して加工面上に溶融積層物を得る工程と、該溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態の複合材料を得る工程とを含む、付加製造プロセスに関する。幾つかの実施形態では、断面の形及び内容物は、溶融積層物の各々の形状及び内容物によって少なくとも部分的に定められる。また、付加製造プロセスは、物体を造形するため連続する断面に対して融解工程及び送達工程を繰り返す工程を含んでもよい。また、本開示の実施形態は、上に記載される付加製造プロセスによって形成される物体を含む。
幾つかの実施の形態は、付加製造プロセスであって、ポリオレフィン及び鉱物添加剤を含有する固体混合物を融解させて、溶融混合物を形成する工程と、溶融混合物を加工面の面に対して充填角度で該加工面に送達し、加工面上に溶融積層物を得る工程と、溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態の複合材料を得る工程と、連続する断面に対して融解工程及び送達工程を繰り返して物体を造形する工程とを含み、固体混合物中の鉱物添加剤の割合が、以下の式(1):
(TS(90°)は、充填角度90°で加工面に溶融混合物を送達することにより形成される物体Bの降伏点における引張応力を表し、TS(0°)は、充填角度0°で加工面に溶融混合物を送達することにより形成される物体Aの降伏点における引張応力を表す)を満たすように調整される、プロセスに関する。
幾つかの実施形態では、付加製造プロセスは、例えばランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィン等の熱可塑性ポリオレフィンを使用して行われる。ポリオレフィンは0.9g/cm3以下の密度を有してもよく、及び/又はポリオレフィンは毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有してもよい。幾つかの実施形態では、付加製造プロセスは、ポリオレフィンの比熱が1900J/kg・K以上であって、固体混合物の比熱が1800J/kg・K以下であるように行われる。
上記の付加製造プロセスで使用される鉱物添加剤の割合は、固体混合物の比熱が熱可塑性ポリオレフィンの比熱の90%以下であるように固体混合物中の鉱物添加剤の割合が設定されて制御され得る。幾つかの実施形態では、上記固体混合物中の鉱物添加剤の割合は、熱可塑性ポリオレフィンと鉱物添加剤とを合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲である。例えば、固体混合物は、該固体混合物の総重量に対して、50重量%〜93重量%ポリオレフィンと、7重量%〜50重量%の鉱物添加剤とを含んでもよい。
上記の付加製造プロセスの実施形態は、固体混合物に、追加のポリマーとして、ポリオレフィンとは異なる天然又は合成のポリマーを添加する追加工程を含んでもよい。例えば、付加製造プロセスは、固体混合物にエラストマーを添加する追加工程を含んでもよく、該エラストマーはポリオレフィンとは異なる。
上記の付加製造プロセスでは、上記鉱物添加剤は、無機鉱物、炭素の同素体、有機ポリマー、又はそれらの任意の組合せを含み得る。例えば、鉱物添加剤は、数例を挙げると、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せから選択される少なくとも1つであってもよい。他の実施形態では、鉱物添加剤は、カーボンブラック、非晶質炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン又はそれらの混合物を含み得る。
上記の付加製造プロセスは、固体混合物が鉱物添加剤とは異なるフィラー材を更に含むように行われてもよい。好適なフィラー材としては、上に開示されるフィラー材が挙げられる。また、本開示の実施形態は、上記の付加製造プロセスによって形成された物体を含む。
本開示の実施形態はまた、付加製造プロセスであって、熱可塑性ポリマー及び鉱物添加剤を別々に材料押出しノズルへと測り取り、得られた混合物を融解させて溶融混合物を得る工程と、溶融混合物を表面に送達して、物体の断面へと凝固する溶融積層物を得る工程と、連続する断面に対して測り取り、融解及び送達の工程を繰り返して物体を造形する工程とを含む、プロセスを含む。
上記のプロセスの実施形態は、熱可塑性ポリマーに対する鉱物添加剤の混合比率が、以下の条件:(i)物体の反りが、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の反りよりも小さいこと、(ii)物体の降伏点における引張応力が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の降伏点における引張応力よりも小さいこと、(iii)物体のフィラメント破断点における引張応力が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のフィラメント破断点における引張応力よりも小さいこと、(iv)物体の弾性率が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の弾性率よりも小さいこと、及び、(v)物体のボイドスペースが、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のボイドスペースよりも小さいことの少なくとも1つが満たされるように制御されて行われてもよい。幾つかの実施形態では、得られた混合物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の90%以下であるように混合比率が制御されて上記のプロセスが行なわれてもよい。また、本開示の実施形態は、上記のプロセスによって形成された物体を含む。
上記の付加製造プロセスを使用して形成された物体は、本開示の必要な添加剤を含まない組成物を使用して付加製造によって形成された物体と比べて、改善された特性を示し得る。例えば、上記の付加製造プロセスを使用して形成された物体は、物体の個々の層(すなわち、「ロード」)の改善された合体及び接着を示すことができる。かかる改善された合体及び接着は、本開示の必要な添加剤を含まない組成物を使用して形成された物体と比べて、より低いボイドスペース(例えばより低い空隙率)に起因して起こり得る。また、上記の付加製造プロセスを使用して形成された物体は、角度一貫性(angular consistency)の改善等の改善された物理特性を示し得る。例えば、上記の付加製造プロセスを使用して形成された物体は、0°及び90°の充填角度で一貫した物理特性を示し得る。また、上記の付加製造プロセスを使用して形成された物体は、本開示の必要な添加剤を含まない組成物を使用して形成された物体と比べて、改善された反り特性を示し得る。
実施形態
本開示の実施形態1は、付加製造のための組成物であって、該組成物が、熱可塑性ポリマーと、熱可塑性ポリマーの比熱と比べて組成物の比熱を減少させることができる鉱物添加剤とを含み、組成物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下であるように、組成物中の鉱物添加剤の割合が設定され、組成物がフィラメント、ロッド、ペレット又は顆粒の形態であり、組成物が、材料押出しによって付加製造を行うのに適した組成物として機能するように適合される、組成物に関する。
本開示の実施形態1は、付加製造のための組成物であって、該組成物が、熱可塑性ポリマーと、熱可塑性ポリマーの比熱と比べて組成物の比熱を減少させることができる鉱物添加剤とを含み、組成物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下であるように、組成物中の鉱物添加剤の割合が設定され、組成物がフィラメント、ロッド、ペレット又は顆粒の形態であり、組成物が、材料押出しによって付加製造を行うのに適した組成物として機能するように適合される、組成物に関する。
本開示の実施形態2は、熱可塑性ポリマーがポリオレフィンを含む、実施形態1の組成物に関する。
本開示の実施形態3は、熱可塑性ポリマーが、ランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィンを含む、実施形態1〜2の組成物に関する。
本開示の実施形態4は、熱可塑性ポリマーがランダムコポリプロピレン又はブロックコポリプロピレンを含む、実施形態1〜3の組成物に関する。
本開示の実施形態5は、追加のポリマーとして、熱可塑性ポリマーとは異なる天然又は合成のポリマーを更に含む、実施形態1〜4の組成物に関する。
本開示の実施形態6は、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアルキレンアミン、ポリオキシアルキレン、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリ乳酸、ポリシロキサン、ポリオレフィン並びにそれらのコポリマー及びブレンドからなる群から選択される少なくとも1つの更なるポリマーを更に含む、実施形態1〜5の組成物に関する。
本開示の実施形態7は、熱可塑性ポリマーとは異なるエラストマーを更に含む、実施形態1〜6の組成物に関する。
本開示の実施形態8は、熱可塑性ポリマーが0.9g/cm3以下の密度を有する、実施形態1〜7の組成物に関する。
本開示の実施形態9は、熱可塑性ポリマーが、結晶、半結晶、又は非晶質のポリマーである、実施形態1〜8の組成物に関する。
本開示の実施形態10は、熱可塑性ポリマーが、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する、実施形態1〜9の組成物に関する。
本開示の実施形態11は、鉱物添加剤が、無機鉱物、炭素の同素体、及び有機ポリマーからなる群から選択される少なくとも1つを含む、実施形態1〜10の組成物に関する。
本開示の実施形態12は、鉱物添加剤が、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1つを含む、実施形態1〜11の組成物に関する。
本開示の実施形態13は、鉱物添加剤が、フェナス石(Be2SiO4)、珪亜鉛鉱(Zn2SiO4)、苦土カンラン石(Mg2SiO4)、鉄カンラン石(Fe2SiO4)、テフロ石(Mn2SiO4)、苦礬柘榴石(Mg3Al2(SiO4)3)、鉄礬柘榴石(Fe3Al2(SiO4)3)、満礬柘榴石(Mn3Al2(SiO4)3)、灰礬柘榴石(Ca3Al2(SiO4)3)、灰鉄柘榴石(Ca3Fe2(SiO4)3)、灰格柘榴石(Ca3Cr2(SiO4)3)、加水灰礬柘榴石(Ca3Al2Si2O8(SiO4)3−m(OH)4m)、ジルコン(ZrSiO4)、トール石((Th,U)SiO4)、パーライト(Al2SiO5)、紅柱石(Al2SiO5)、藍晶石(Al2SiO5)、珪線石(Al2SiO5)、ジュモルチ石(Al6.5−7BO3(SiO4)3(O,OH)3)、トパーズ(Al2SiO4(F,OH)2)、十字石(Fe2Al9(SiO4)4(O,OH)2)、ヒューム石((Mg,Fe)7(SiO4)3(F,OH)2)、ノルベルグ石(Mg3(SiO4)(F,OH)2)、コンドロ石(Mg5(SiO4)2(F,OH)2)、ヒューム石(Mg7(SiO4)3(F,OH)2)、斜ヒューム石(Mg9(SiO4)4(F,OH)2)、ダトー石(CaBSiO4(OH))、チタン石(CaTiSiO5)、硬緑泥石((Fe,Mg,Mn)2Al4Si2O10(OH)4)、ムル石(ポーセラナイトとも呼ばれる)(Al6Si2O13)、異極鉱(珪酸亜鉛鉱)(Zn4(Si2O7)(OH)2・H2O)、ローソン石(CaAl2(Si2O7)(OH)2・H2O)、珪灰鉄鉱(CaFeII 2FeIIIO(Si2O7)(OH))、緑簾石(Ca2(Al,Fe)3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、灰簾石(Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、単斜灰簾石(Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、タンザナイト(Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、褐簾石(Ca(Ce,La,Y,Ca)Al2(FeII,FeIII)O(SiO4)(Si2O7)(OH))、ドレイス石(Ce)(CaCeMg2AlSi3O11F(OH))、ベスブ石(アイドクレース)(Ca10(Mg,Fe)2Al4(SiO4)5(Si2O7)2(OH)4)、ベニト石(BaTi(Si3O9))、斧石((Ca,Fe,Mn)3Al2(BO3)(Si4O12)(OH)、緑柱石/エメラルド(Be3Al2(Si6O18))、杉石(KNa2(Fe,Mn,Al)2Li3Si12O30)、菫青石((Mg,Fe)2Al3(Si5AlO18))、電気石((Na,Ca)(Al,Li,Mg)3−(Al,Fe,Mn)6(Si6O18(BO3)3(OH)4)、頑火輝石(MgSiO3)、鉄珪輝石(FeSiO3)、ピジョン輝石(Ca0.25(Mg,Fe)1.75Si2O6)、透輝石(CaMgSi2O6)、灰鉄輝石(CaFeSi2O6)、普通輝石((Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)、翡翠輝石(NaAlSi2O6)、エジリン輝石(錐輝石)(NaFeIIISi2O6)、リシア輝石(LiAlSi2O6)、ウォラストナイト(CaSiO3)、薔薇輝石(MnSiO3)、ソーダ珪灰石(NaCa2(Si3O8)(OH))、直閃石((Mg,Fe)7Si8O22(OH)2)、カミントン閃石(Fe2Mg5Si8O22(OH)2)、グリュネル閃石(Fe7Si8O22(OH)2)、透閃石(Ca2Mg5Si8O22(OH)2)、緑閃石(Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2)、普通角閃石((Ca,Na)2−3(Mg,Fe,Al)5Si6(Al,Si)2O22(OH)2)、藍閃石(Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2)、リーベック閃石(アスベスト)(Na2FeII 3FeIII 2Si8O22(OH)2)、アルベゾン閃石(Na3(Fe,Mg)4FeSi8O22(OH)2)、葉蛇紋石(Mg3Si2O5(OH)4)、温石綿(Mg3Si2O5(OH)4)、リザード石(Mg3Si2O5(OH)4)、ハロイ石(Al2Si2O5(OH)4)、カオリン石(Al2Si2O5(OH)4)、イライト((K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)])、モンモリロン石((Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2・nH2O)、バーミキュライト((MgFe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2・4H2O)、タルク(Mg3Si4O10(OH)2)、海泡石(Mg4Si6O15(OH)2・6H2O)、パリゴルスキー石(又はアタパルジャイト)((Mg,Al)2Si4O10(OH)・4(H2O))、葉蝋石(Al2Si4O10(OH)2)、黒雲母(K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2)、白雲母(KAl2(AlSi3)O10(OH)2)、金雲母(KMg3(AlSi3)O10(OH)2)、リチア雲母(K(Li,Al)2ー3(AlSi3)O10(OH)2)、真珠雲母(CaAl2(Al2Si2)O10(OH)2)、海緑石((K,Na)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2)、緑泥石((Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2・(Mg,Fe)3(OH)6)、石英(SiO2)、鱗珪石(SiO2)、クリストバル石(SiO2)、コース石(SiO2)、スティショフ石(SiO2)、微斜長石(KAlSi3O8)、正長石(KAlSi3O8)、アノーソクレース((Na,K)AlSi3O8)、玻璃長石(KAlSi3O8)、曹長石(NaAlSi3O8)、灰曹長石((Na,Ca)(Si,Al)4O8(Na:Ca 4:1))、中性長石((Na,Ca)(Si,Al)4O8(Na:Ca 3:2))、曹灰長石((Ca,Na)(Si,Al)4O8(Na:Ca 2:3))、亜灰長石((Ca,Na)(Si,Al)4O8(Na:Ca 1:4))、灰長石(CaAl2Si2O8)、黝方石(Na8Al6Si6O24(SO4))、灰霞石(Na6Ca2(CO3,Al6Si6O24).2H2O)、白榴石(KAlSi2O6)、霞石((Na,K)AlSiO4)、方ソーダ石(Na8(AlSiO4)6Cl2)、藍宝石((Na,Ca)4−8Al6Si6(O,S)24(SO4,Cl)1−2)、青金石((Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl)2)、葉長石(LiAlSi4O10)、曹柱石(Na4(AlSi3O8)3(Cl2,CO3,SO4))、灰柱石(Ca4(Al2Si2O8)3(Cl2CO
3,SO4))、方沸石(NaAlSi2O6・H2O)、ソーダ沸石(Na2Al2Si3O10・2H2O)、エリオン沸石((Na2,K2,Ca)2Al4Si14O36・15H2O)、菱沸石(CaAl2Si4O12・6H2O)、輝沸石(CaAl2Si7O18・6H2O)、束沸石(NaCa2Al5Si13O36・17H2O)、スコレス沸石(CaAl2Si3O10・3H2O)、及びモルデン沸石((Ca,Na2,K2)Al2Si10O24・7H2O)からなる群から選択される少なくとも1つの無機鉱物を含む、実施形態1〜12の組成物に関する。
3,SO4))、方沸石(NaAlSi2O6・H2O)、ソーダ沸石(Na2Al2Si3O10・2H2O)、エリオン沸石((Na2,K2,Ca)2Al4Si14O36・15H2O)、菱沸石(CaAl2Si4O12・6H2O)、輝沸石(CaAl2Si7O18・6H2O)、束沸石(NaCa2Al5Si13O36・17H2O)、スコレス沸石(CaAl2Si3O10・3H2O)、及びモルデン沸石((Ca,Na2,K2)Al2Si10O24・7H2O)からなる群から選択される少なくとも1つの無機鉱物を含む、実施形態1〜12の組成物に関する。
本開示の実施形態14は、鉱物添加剤が、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、又はそれらの混合物を含む、実施形態1〜13の組成物に関する。
本開示の実施形態15は、フィラー材を更に含む実施形態1〜14の組成物に関する。
本開示の実施形態16は、シリカ、アルミナ、木粉、石膏、タルク、雲母、カーボンブラック、モンモリロン石鉱物、チョーク、ケイ藻土、砂、砂利、砕石、ボーキサイト、石灰岩、砂岩、エアロゲル、キセロゲル、ミクロスフェア、多孔質セラミック球、二水石膏、アルミン酸カルシウム、炭酸マグネシウム、セラミック材料、ポゾラン材料、ジルコニウム化合物、結晶性ケイ酸カルシウムゲル、パーライト、バーミキュライト、セメント粒子、軽石、カオリン、二酸化チタン、酸化鉄、リン酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、フッ化リチウム、ポリマー粒子、金属粉、パルプ粉、セルロース、デンプン、リグニン粉、キチン、キトサン、ケラチン、グルテン、ナッツ殻粉、木粉、トウモロコシ穂軸粉、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、ガラスビーズ、中空ガラスビーズ、seagel、コルク、種子、ゼラチン、木粉、おがくず、寒天ベースの材料、グラスファイバー、天然繊維及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つのフィラー材を更に含む、実施形態1〜15の組成物に関する。
本開示の実施形態17は、熱可塑性ポリマーの比熱が1900J/kg・K以上であり、組成物の比熱が1800J/kg・K以下である、実施形態1〜16の組成物に関する。
本開示の実施形態18は、組成物中の鉱物添加剤の割合が、組成物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の90%以下であるように設定される、実施形態1〜17の組成物に関する。
本開示の実施形態19は、組成物中の鉱物添加剤の割合が、熱可塑性ポリマーと鉱物添加剤とを合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲である、実施形態1〜18の組成物に関する。
本開示の実施形態20は、組成物の総重量に対して、50重量%〜93重量%の熱可塑性ポリマーと、7重量%〜50重量%の鉱物添加剤とを含む、実施形態1〜19の組成物に関する。
本開示の実施形態21は、付加製造プロセスであって、実施形態1の組成物を融解させて溶融混合物を形成することと、溶融混合物を加工面に送達して、該加工面上に溶融積層物を得ることと、溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態で複合材料を得ることとを含む、付加製造プロセスに関する。
本開示の実施形態22は、断面の形及び内容物が、溶融積層物の各々の形状及び内容物によって少なくとも部分的に定められる、実施形態21の付加製造プロセスに関する。
本開示の実施形態23は、連続する断面に対して融解工程及び送達工程を繰り返して、物体を造形することを更に含む、実施形態21〜22の付加製造プロセスに関する。
実施形態24は、実施形態21〜23の付加製造プロセスによって形成された物体に関する。
本開示の実施形態25は、溶融フィラメント製造のための組成物を生産する方法であって、(1)材料押出しを経ることができる熱可塑性ポリマーを選択して半流動体を形成することと、(2)熱可塑性ポリマーの比熱を測定することと、(3)熱可塑性ポリマーを鉱物添加剤と組み合わせて複合材料を得ることと、(4)複合材料の比熱を測定することと、(5)複合材料中の鉱物添加剤の割合を調整して、熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下である比熱を有する組成物を得ることとを含む、方法に関する。
本開示の実施形態26は、熱可塑性ポリマーがポリオレフィンを含む、実施形態25の方法に関する。
本開示の実施形態27は、熱可塑性ポリマーが、ランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィンを含む、実施形態25〜26の方法に関する。
本開示の実施形態28は、熱可塑性ポリマーが0.9g/cm3以下の密度を有する、実施形態25〜27の方法に関する。
本開示の実施形態29は、熱可塑性ポリマーが、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する、実施形態25〜28の方法に関する。
本開示の実施形態30は、熱可塑性ポリマーの比熱が1900J/kg・K以上であり、組成物の比熱が1800J/kg・K以下である、実施形態25〜29の方法に関する。
本開示の実施形態31は、組成物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の90%以下であるように、組成物中の鉱物添加剤の割合が設定される、実施形態25〜30の方法に関する。
本開示の実施形態32は、組成物中の鉱物添加剤の割合が、熱可塑性ポリマーと鉱物添加剤とを合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲である、実施形態25〜31の方法に関する。
本開示の実施形態33は、組成物が、組成物の総重量に対して、50重量%〜93重量%の熱可塑性ポリマーと、7重量%〜50重量%の鉱物添加剤とを含む、実施形態25〜32の方法に関する。
本開示の実施形態34は、熱可塑性ポリマーとは異なる天然又は合成のポリマーを、追加のポリマーとして複合材料に添加することを更に含む、実施形態25〜33の方法に関する。
本開示の実施形態35は、複合材料にエラストマーを添加することを更に含み、該エラストマーが熱可塑性ポリマーとは異なる、実施形態25〜34の方法に関する。
本開示の実施形態36は、鉱物添加剤が、無機鉱物、炭素の同素体、及び有機ポリマーからなる群から選択される少なくとも1つを含む、実施形態25〜35の方法に関する。
本開示の実施形態37は、鉱物添加剤が、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1つを含む、実施形態25〜36の方法に関する。
本開示の実施形態38は、鉱物添加剤が、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン又はそれらの混合物を含む、実施形態25〜37の方法に関する。
本開示の実施形態39は、フィラー材を複合材料に添加することを更に含む、実施形態25〜38の方法に関する。
本開示の実施形態40は、実施形態25〜39の方法によって生産された組成物に関する。
本開示の実施形態41は、付加製造プロセスであって、ポリオレフィン及び鉱物添加剤を含有する固体混合物を融解させて、溶融混合物を形成することと、溶融混合物を加工面の面に対して充填角度で該加工面に送達し、加工面上に溶融積層物を得ることと、溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態の複合材料を得ることと、連続する断面に対して融解工程及び送達工程を繰り返して物体を造形することとを含み、固体混合物中の鉱物添加剤の割合が、以下の式(1):
(TS(90°)は、充填角度90°で加工面に溶融混合物を送達することにより形成される物体Bの降伏点における引張応力を表し、TS(0°)は、充填角度0°で加工面に溶融混合物を送達することにより形成される物体Aの降伏点における引張応力を表す)を満たすように調整される、プロセスに関する。
本開示の実施形態42は、ポリオレフィンが、熱可塑性ポリオレフィンである、実施形態41のプロセスに関する。
本開示の実施形態43は、ポリオレフィンが、ランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィンを含む、実施形態41〜42のプロセスに関する。
本開示の実施形態44は、ポリオレフィンが0.9g/cm3以下の密度を有する、実施形態41〜43のプロセスに関する。
本開示の実施形態45は、ポリオレフィンが、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する、実施形態41〜44のプロセスに関する。
本開示の実施形態46は、ポリオレフィンの比熱が1900J/kg・K以上であり、固体混合物の比熱が1800J/kg・K以下である、実施形態41〜45のプロセスに関する。
本開示の実施形態47は、固体混合物の比熱が熱可塑性ポリオレフィンの比熱の90%以下であるように、固体混合物中の鉱物添加剤の割合が設定される、実施形態41〜46のプロセスに関する。
本開示の実施形態48は、固体混合物中の鉱物添加剤の割合が、熱可塑性ポリオレフィンと鉱物添加剤とを合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲である、実施形態41〜47のプロセスに関する。
本開示の実施形態49は、固体混合物が、該固体混合物の総重量に対して、50重量%〜93重量%のポリオレフィンと、7重量%〜50重量%の鉱物添加剤とを含む、実施形態41〜48のプロセスに関する。
本開示の実施形態50は、ポリオレフィンとは異なる天然又は合成のポリマーを、追加ポリマーとして固体混合物に添加することを更に含む、実施形態41〜49のプロセスに関する。
本開示の実施形態51は、固体混合物にエラストマーを添加することを更に含み、該エラストマーがポリオレフィンとは異なる、実施形態41〜50のプロセスに関する。
本開示の実施形態52は、鉱物添加剤が、無機鉱物、炭素の同素体、及び有機ポリマーからなる群から選択される少なくとも1つを含む、実施形態41〜51のプロセスに関する。
本開示の実施形態53は、鉱物添加剤が、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つを含む、実施形態41〜52のプロセスに関する。
本開示の実施形態54は、鉱物添加剤が、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、又はそれらの混合物を含む、実施形態41〜53のプロセスに関する。
本開示の実施形態55は、固体混合物がフィラー材を更に含む、実施形態41〜54のプロセスに関する。
本開示の実施形態56は、実施形態41〜55のプロセスによって形成された物体に関する。
本開示の実施形態57は、付加製造プロセスであって、熱可塑性ポリマー及び鉱物添加剤を別々に材料押出しノズルへと測り取り、得られた混合物を融解させて溶融混合物を得ることと、溶融混合物を表面に送達して、物体の断面へと凝固する溶融積層物を得ることと、連続する断面に対して測り取り、融解及び送達の工程を繰り返して物体を造形することとを含み、熱可塑性ポリマーに対する鉱物添加剤の混合比率が、以下の条件:(i)物体の反りが、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の反りよりも小さいこと、(ii)物体の降伏点における引張応力が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の降伏点における引張応力よりも小さいこと、(iii)物体のフィラメント破断点における引張応力が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のフィラメント破断点における引張応力よりも小さいこと、(iv)物体の弾性率が、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の弾性率よりも小さいこと、及び、(v)物体のボイドスペースが、鉱物添加剤がない状態で熱可塑性ポリマーを用いて融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のボイドスペースよりも小さいことの少なくとも1つが満たされるように制御される、プロセスに関する。
本開示の実施形態58は、熱可塑性ポリマーがポリオレフィンである、実施形態57のプロセスに関する。
本開示の実施形態59は、熱可塑性ポリマーがランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィンを含む、実施形態57〜58のプロセスに関する。
本開示の実施形態60は、熱可塑性ポリマーが、0.9g/cm3以下の密度を有する、実施形態57〜59のプロセスに関する。
本開示の実施形態61は、熱可塑性ポリマーが、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する、実施形態57〜60のプロセスに関する。
本開示の実施形態62は、熱可塑性ポリマーの比熱が、1900J/kg・K以上であり、得られた混合物の比熱が1800J/kg・K以下である、実施形態57〜61のプロセスに関する。
本開示の実施形態63は、混合比率が、得られた混合物の比熱が熱可塑性ポリマーの比熱の90%以下であるように制御される、実施形態57〜62のプロセスに関する。
本開示の実施形態64は、得られた混合物中の鉱物添加剤の割合が、熱可塑性ポリマーと鉱物添加剤とを合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲である、実施形態57〜63のプロセスに関する。
本開示の実施形態65は、得られた混合物が、該得られた混合物の総重量に対して、50重量%〜93重量%の熱可塑性ポリマーと、7重量%〜50重量%の鉱物添加剤とを含む、実施形態57〜64のプロセスに関する。
本開示の実施形態66は、得られた混合物が、追加のポリマーとして、熱可塑性ポリマーとは異なる天然又は合成のポリマーを更に含む、実施形態57〜65のプロセスに関する。
本開示の実施形態67は、得られた混合物が、熱可塑性ポリマーとは異なるエラストマーを更に含む、実施形態57〜66のプロセスに関する。
本開示の実施形態68は、鉱物添加剤が、無機鉱物、炭素の同素体、及び有機ポリマーからなる群から選択される少なくとも1つを含む、実施形態57〜67のプロセスに関する。
本開示の実施形態69は、鉱物添加剤が、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1つを含む、実施形態57〜68のプロセスに関する。
本開示の実施形態70は、鉱物添加剤が、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン又はそれらの混合物を含む、実施形態57〜69のプロセスに関する。
本開示の実施形態71は、得られた混合物が、フィラー材を更に含む、実施形態57〜70のプロセスに関する。
本開示の実施形態72は、実施形態57〜71のプロセスによって形成された物体に関する。
以下の実施例は、説明の目的のため提供されるにすぎず、本開示の範囲を何ら制限しない。本開示の実施形態は、異なるポリマー及び鉱物添加剤に基づく他のポリマー配合物及び物体、並びに追加の成分及び異なる添加剤等の以下に説明される材料と比較して異なる又は追加の成分の使用を用いてもよい。また、本開示の実施形態は、ポリマー複合材の調製及び使用に関して以下に説明される条件とは異なるプロセス及び製造条件の使用を利用してもよい。
研究概要
以下に説明される実施例では、付加製造技術によって物体を作り出すために様々なポリマー配合物を調製し、使用した。種々の添加剤を、得られる物体の物理特性に対するその添加剤の効果を調べるため、ポリマー配合物中に含めた。以下の比較研究は、材料押出し(MEX)付加製造の間に形成される個々の層の合体及び接着が、ポリマー配合物に含まれる添加剤の種類によって影響を受けることを説明する。得られる物体のボイドスペース(すなわち空隙率)はポリマー配合物に含まれる添加剤の性質に依存し得ることが観察されたことから、ボイドスペース(すなわち空隙率)を減少させることができる或る特定の添加剤が、付加製造の間に形成される個々の層の合体及び接着を改善し得る。また、得られる物体の物理的(機械的)異方性の程度が、ポリマー配合物に含まれる添加剤の性質によって影響を受けることが観察されたことから、ボイドスペース(すなわち空隙率)を減少させることができる或る特定の添加剤が、異方性及び反りを減少させることによって、得られる物体の物理(機械)特性を改善し得る。
以下に説明される実施例では、付加製造技術によって物体を作り出すために様々なポリマー配合物を調製し、使用した。種々の添加剤を、得られる物体の物理特性に対するその添加剤の効果を調べるため、ポリマー配合物中に含めた。以下の比較研究は、材料押出し(MEX)付加製造の間に形成される個々の層の合体及び接着が、ポリマー配合物に含まれる添加剤の種類によって影響を受けることを説明する。得られる物体のボイドスペース(すなわち空隙率)はポリマー配合物に含まれる添加剤の性質に依存し得ることが観察されたことから、ボイドスペース(すなわち空隙率)を減少させることができる或る特定の添加剤が、付加製造の間に形成される個々の層の合体及び接着を改善し得る。また、得られる物体の物理的(機械的)異方性の程度が、ポリマー配合物に含まれる添加剤の性質によって影響を受けることが観察されたことから、ボイドスペース(すなわち空隙率)を減少させることができる或る特定の添加剤が、異方性及び反りを減少させることによって、得られる物体の物理(機械)特性を改善し得る。
材料
Dow Chemical Companyから得られた市販のポリプロピレン(PP)ランダムコポリマーDow DS6D21(密度=0.900g/mL、メルトインデックス=荷重2.16kg及び温度230℃で8.0g/10分、融点=81.1℃)をPPポリマーとして使用した。Exxon Mobilから得られた市販のPPランダムコポリマーVistamaxx(商標)3588FL(密度=0.889g/mL、メルトインデックス=8.0g/10分、ビカット軟化温度=103℃)をPPポリマーとして使用した。SK Global Chemicalから得られた市販のPPランダムコポリマーYUPLENE(商標)B360F(メルトインデックス=16.0g/10分(ASTM D1238)、熱変形温度=90℃)をPPポリマーとして使用した。Imerys Talcから得られた市販のJetFil(商標)700C(タルク鉱物)(水和ケイ酸マグネシウム)を鉱物添加剤として使用した。Imerys Talcから得られた市販のJetfine(商標)1H(タルク鉱物)を鉱物添加剤として使用した。Imerys Talcから得られた市販のHAR(商標)T84(タルク鉱物)を鉱物添加剤として使用した。Imerysから得られた市販のNYLITE(商標)5(ウォラストナイト鉱物)を鉱物添加剤として使用した。Down Chemical Companyから得られた市販のENGAGE(商標)8200(密度=0.870g/mL、メルトインデックス=荷重2.16kg及び温度190℃で5.0g/10分、融点=59.0℃)をポリマー(エラストマー)添加剤として使用した。Imerysから得られた市販のENSACO(商標)250G(カーボンブラック)をポリマー(炭素質)添加剤として使用した。Imerysから得られた市販のTIMREX(商標)KS44(グラファイト)をポリマー(炭素質)添加剤として使用した。Gizmo Dorksから得られた商業的に入手可能なアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)フィラメントを対照ABS材料として使用した。Gizmo Dorksから得られた商業的に入手可能なポリプロピレン(PP)コポリマーフィラメントを対照PP材料として使用した。
Dow Chemical Companyから得られた市販のポリプロピレン(PP)ランダムコポリマーDow DS6D21(密度=0.900g/mL、メルトインデックス=荷重2.16kg及び温度230℃で8.0g/10分、融点=81.1℃)をPPポリマーとして使用した。Exxon Mobilから得られた市販のPPランダムコポリマーVistamaxx(商標)3588FL(密度=0.889g/mL、メルトインデックス=8.0g/10分、ビカット軟化温度=103℃)をPPポリマーとして使用した。SK Global Chemicalから得られた市販のPPランダムコポリマーYUPLENE(商標)B360F(メルトインデックス=16.0g/10分(ASTM D1238)、熱変形温度=90℃)をPPポリマーとして使用した。Imerys Talcから得られた市販のJetFil(商標)700C(タルク鉱物)(水和ケイ酸マグネシウム)を鉱物添加剤として使用した。Imerys Talcから得られた市販のJetfine(商標)1H(タルク鉱物)を鉱物添加剤として使用した。Imerys Talcから得られた市販のHAR(商標)T84(タルク鉱物)を鉱物添加剤として使用した。Imerysから得られた市販のNYLITE(商標)5(ウォラストナイト鉱物)を鉱物添加剤として使用した。Down Chemical Companyから得られた市販のENGAGE(商標)8200(密度=0.870g/mL、メルトインデックス=荷重2.16kg及び温度190℃で5.0g/10分、融点=59.0℃)をポリマー(エラストマー)添加剤として使用した。Imerysから得られた市販のENSACO(商標)250G(カーボンブラック)をポリマー(炭素質)添加剤として使用した。Imerysから得られた市販のTIMREX(商標)KS44(グラファイト)をポリマー(炭素質)添加剤として使用した。Gizmo Dorksから得られた商業的に入手可能なアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)フィラメントを対照ABS材料として使用した。Gizmo Dorksから得られた商業的に入手可能なポリプロピレン(PP)コポリマーフィラメントを対照PP材料として使用した。
ポリプロピレン系複合材料配合物から形成された物体の合体及び構造均一性に対する添加剤の効果
下記表1に要約されるように、多くのポリプロピレン系複合材料配合物を、少なくとも1つの添加剤にて市販のPPコポリマーを処理することによって調製した。参照試料1を、Dow DS6D2(PPコポリマー)60重量%と、JetFil(商標)700C(タルク鉱物)30重量%及びENGAGE(商標)8200(ポリオレフィンエラストマー)10重量%とを組み合わせることにより調製し、射出成形に使用される典型的なポリマー配合物とする。試料2を、Vistamaxx(商標)3588 FL(PPコポリマー)70重量%と、HAR(商標)T84(タルク鉱物)30重量%とを組み合わせることにより調製した。試料3を、Vistamaxx(商標)3588 FL(PPコポリマー)70重量%と、NYLITE(商標)5(ウォラストナイト鉱物)30重量%とを組み合わせることにより調製した。試料4を、Vistamaxx(商標)3588 FL(PPコポリマー)60重量%と、TIMREX(商標)KS44(グラファイト)40重量%とを組み合わせることにより調製した。試料5を、Vistamaxx(商標)3588 FL(PPコポリマー)82重量%と、ENSACO(商標)250G(カーボンブラック)18重量%とを組み合わせることにより調製した。
下記表1に要約されるように、多くのポリプロピレン系複合材料配合物を、少なくとも1つの添加剤にて市販のPPコポリマーを処理することによって調製した。参照試料1を、Dow DS6D2(PPコポリマー)60重量%と、JetFil(商標)700C(タルク鉱物)30重量%及びENGAGE(商標)8200(ポリオレフィンエラストマー)10重量%とを組み合わせることにより調製し、射出成形に使用される典型的なポリマー配合物とする。試料2を、Vistamaxx(商標)3588 FL(PPコポリマー)70重量%と、HAR(商標)T84(タルク鉱物)30重量%とを組み合わせることにより調製した。試料3を、Vistamaxx(商標)3588 FL(PPコポリマー)70重量%と、NYLITE(商標)5(ウォラストナイト鉱物)30重量%とを組み合わせることにより調製した。試料4を、Vistamaxx(商標)3588 FL(PPコポリマー)60重量%と、TIMREX(商標)KS44(グラファイト)40重量%とを組み合わせることにより調製した。試料5を、Vistamaxx(商標)3588 FL(PPコポリマー)82重量%と、ENSACO(商標)250G(カーボンブラック)18重量%とを組み合わせることにより調製した。
同方向回転二軸押出し機HAAKE(商標)Rheomex PTW16を使用して、上の表1に示されるPPコポリマーと添加剤とを融解混合することにより、試料1〜試料5のPP系複合材料を調製した。使用した押出し温度プロファイル及びスクリュー速度を下記表2に収載する。
次いで、一軸スクリュー押出し機及び自作の水浴を使用して、試料1〜試料5の押出し材料から連続フィラメントを作製した。次いで、試料1〜試料5のフィラメントをHYREL(商標)システム30の機械でフィードストックとして使用して、試験タワーの個別の層を形成するために使用される「ロード」を生産するための材料押出し(MEX)技術による熱溶解積層法(FDM)3Dプリンティングを行うことによって、一連の試験タワーを造形した。試験タワーを、30mm×20mmの矩形ベース及び高さ2.5mmの寸法で形成した。プリンティング条件を下記表3に要約する。
試料1〜試料5から生産された試験タワーの内部構造を、Hitachi S−4300SE/N(商標)走査電子顕微鏡(SEM)を使用して調べた。液体窒素を用いて試料を極低温で破損させ、次いで、金の薄層をもたらすスパッタ積層によって伝導性を付与した。試料1〜試料5に対応する5つの試験タワー試料の代表的な画像を図1(a)〜図1(e)に示す。下記表3は、試料1〜試料5の試験タワーに対する3Dプリンティング条件を示す。
下記表4は、試料1〜試料5のSEM像の対応する図面、及び試験タワーのSEM像より測定された曲率半径から計算されたボイドスペースのデータと並んで、試料1〜試料5に関する組成データを要約する。
図1(a)〜図1(e)のSEM像は、PPコポリマーを表4で試験した添加剤と混和することで、材料押出しに基づく3Dプリンティングプロセスの間に積層される層の合体における顕著な改善を達成することができることを明らかにする。図1(a)〜図1(e)の画像の比較は、試料1〜試料5のPP系複合材料から形成された層の合体が、添加剤の性質に大きく依存することを示す。
PPコポリマー(Dow DS6D21)にタルク鉱物添加剤(JetFil(商標)700C)及びポリオレフィンエラストマー添加剤(ENGAGE(商標)8200)を添加することによって形成された参照試料1は、積層した「ロード」が有効に合体されなかった試験タワーの形成を結果として生じた。図1(a)を参照されたい。PPコポリマー(Vistamaxx(商標)3588 FL)にタルク鉱物添加剤(HAR(商標)T84)を添加することによって形成された試料2は、積層した「ロード」の合体が、試料1の試験タワーと比較してわずかに改善された試験タワーの形成を結果として生じた。図1(b)を参照されたい。PPコポリマー(Vistamaxx(商標)3588 FL)にウォラストナイト鉱物添加剤(NYLITE(商標)5)を添加することによって形成された試料3は、積層した「ロード」の合体が、試料1及び試料2の試験タワーと比較して大きく改善された試験タワーの形成を結果として生じた。図1(c)を参照されたい。また、表4の試料1〜試料3の試験タワーに関する「ボイドスペース」データを比較することで、添加剤の種類に応じて、ボイドスペースの容積の劇的な減少が起こり得ることを明らかにする。
PPコポリマー(Vistamaxx(商標)3588 FL)にカーボンブラック添加剤(TIMREX(商標)KS44)を添加することにより形成された試料4は、積層した「ロード」の合体が試料1〜試料3の試験タワーと比較して劇的に改善された試験タワーの形成を結果として生じた。図1(d)を参照されたい。上の表4に示されるように、試料4の試験タワーではボイドスペースは検出されなかった。
PPコポリマー(Vistamaxx(商標)3588 FL)にグラファイト添加剤(ENSACO(商標)250G)を添加することにより形成された試料5もまた、積層した「ロード」の合体が試料1〜試料3の試験タワーと比較して劇的に改善された試験タワーの形成を結果として生じた。図1(e)を参照されたい。上の表4に示されるように、試料5の試験タワーではボイドスペースは検出されなかった。図1(d)及び図1(e)のSEM像の定性的比較は、試料5の試験タワーが試料4の試験タワーよりも構造上優れていたことを示すように見える。図1(d)に示されるように、グラファイト粒子は試料4の試験タワーの表面で凝集したように見える。対照的に、図1(e)に示されるように、試料5の試験タワーに積層した「ロード」は、堅く合体し、試料4の試験タワーと比較してより均質であるように見える。
いかなる特定の理論にも拘束されるものではないが、2つの因子が試料3〜試料5に対応する試験タワーの物理特性の改善を担う可能性があると考えられる。第1に、結晶化度が減少された(すなわち、20℃/分の冷却速度で70℃等の低結晶化温度の)ポリオレフィンは、材料押出し(MEX)による付加製造を行うのに理想的となり得ると考えられる。第2に、ポリオレフィンの比熱、粘度及び/又は密度と比べて、得られる複合材料配合物の比熱、粘度及び/又は密度を減少させる添加剤を用いて低結晶化度のポリオレフィンを配合することは、付加製造の間に積層される層の合体及び接着を改善すると考えられる。
試料2〜試料5から形成された試験タワーの特性に対する比熱の効果を、下記表5を参照して分析した。表5に説明されるように、鉱物添加剤を含む配合物は、ポリプロピレンの比熱と比べて、得られる複合材料の比熱の減少を引き起こす。さらに、図1(b)〜図1(e)のSEM像によって説明されるように、複合材料の比熱が減少されるにつれて、得られる試験タワーの合体及び構造均一性が改善される。また、複合材料の比熱が(添加剤の性質に応じて)更に減少されるにつれて、得られる試験タワーのボイドスペースも減少し、或る特定の添加剤(例えばカーボンブラック及びグラファイト)では測定可能なボイドスペースを有しない試験タワーがもたらされることが観察される。
いかなる特定の理論にも拘束されるものではないが、ポリオレフィンの比熱と比べて、ポリオレフィン系複合材料の比熱が減少することは、付加製造の間の合体及び接着を改善し得て、それにより材料押出し(MEX)による付加製造を使用するポリオレフィン系物体の効果的な生産を可能とすると考えられる。
幾つかの実施形態では、ポリオレフィンを、ポリオレフィンよりも低い比熱を有する添加剤と組み合わせることで、得られる複合材料配合物の比熱が減少することが観察される。例えば、ポリプロピレンは1926J/(kg・K)の比熱を有し、ウォラストナイト及びグラファイトはいずれも712J/(kg・K)の比熱を有する。したがって、複合則により、ポリプロピレンへのウォラストナイト又はグラファイトのいずれかの添加は、得られる複合材料の比熱を減少させて、それにより複合材料の温度を増加させるのに必要なエネルギー量を減少させ得る。溶融複合材料が液化チャンバーで均質な温度を完全には達成しないと仮定すると、比熱の減少は、液化を改善し、密度及び粘度を減少させることにより、3Dプリンティングの間の溶融「ロード」の合体を改善し得る。他の実施形態では、添加剤の他の特性は、付加製造によってもたらされた結合層の合体及び接着の改善を担うと考えられる。
ポリプロピレン系複合材料配合物から形成された物体の指向性に対する添加剤の効果
異方性は、方向に依存する特性である。したがって、種々の充填角度を使用する3Dプリンティングによって生産されたポリプロピレン系試験物体の引張特性データを測定することにより、フィラメント結合性能を試験して試験物体の指向性を計測することができる。以下に概説される研究は、3Dプリンティングによって試験物体を生産するための本開示のポリプロピレン系複合材料の使用が、異方性の減少に結びつくことを実証する。
異方性は、方向に依存する特性である。したがって、種々の充填角度を使用する3Dプリンティングによって生産されたポリプロピレン系試験物体の引張特性データを測定することにより、フィラメント結合性能を試験して試験物体の指向性を計測することができる。以下に概説される研究は、3Dプリンティングによって試験物体を生産するための本開示のポリプロピレン系複合材料の使用が、異方性の減少に結びつくことを実証する。
一定の矩形横断面を有する一連の薄い扁平な条片を、0°と90°の2つの充填角度を使用する3Dプリンティングによって造形し、次いで、ASTM D3039/D3039M−14に類似する方法を使用して試験した。0°充填角度の試験片を外周壁(perimeters)なしで造形したが、90°充填角度の試験片は、外周壁がないと造形プロセスが成功しなかったため、3つの外周壁を要した。試験片の寸法を図7に示す。図8(a)及び図8(b)は、それぞれ0°及び90°の充填角度を使用して生産された試験片の横断面の構成を示す略図である。
Vistamaxx(商標)3588 FL(PPコポリマー)82重量%をENSACO(商標)250G(カーボンブラック)18重量%と組み合わせることにより調製された試料5のポリプロピレン系複合材料(表1を参照されたい)を使用して、5つの扁平条片の試験片を生産した。これらの扁平条片の試験片を、280℃の積層温度で材料押出し3Dプリンティングを行うことによって生産した。およそ1分以内〜10分以内に破断をもたらすため、速度20mm/分でInstron 5566(商標)Universal Testing Machineを使用して試験片を試験した。降伏点における引張応力、フィラメント破断点における引張応力、破断点における引張公称歪、及び弾性率の物理特性を、下記表6に要約される通り測定した。
下記表6に要約されるデータの目的上、試験基準に従って、歪の増加が応力の増加を伴わずに起こる応力−歪曲線上の第1の点として、「降伏点」を定義した。「フィラメント破断点」を、フィラメントが試験の間に破断し始めた点と推定した。試験片がグリップ間で試料の全長に亘ってそれぞれに変形したため、「公称歪(nominal strain)」を計算し、応力−歪曲線上の領域(domain)として使用した。62.5mmであったグリップ間の距離でクロスヘッド伸び(crosshead extension)を割ることで「公称歪」を計算した。0°の充填角度を有する試験片は、強度試験の間に失敗は観察されなかった。むしろ、0°充填角度の試験片は、薄すぎてInstron機が掴めなくなるまで伸長し続けた。
表6に要約されるデータに示されるように、降伏点及びフィラメント破断点における引張応力は非常に類似し、統計学的に等しいとされた。したがって、異方性の減少は、試料5のポリプロピレン系複合材料を使用して達成されたと結論付けられる。
さらに、射出成形によってVistamaxx(商標)3588FLから形成された物体の降伏点における引張応力の典型的な値は、15.8MPaである。したがって、試料5の3Dプリントされた物体の引張応力は、同じ熱可塑性ポリマーを使用して射出成形された物体の引張応力よりもわずかに低いに過ぎない。射出成形技術によって形成された物体の対応する引張応力値と比べて、付加製造技術を使用して形成されたほとんどの物体は、高々約50%の引張応力値を示すにすぎないことから、この観察結果は予想されていなかった。
充填角度に対する重大な影響を示す表6中の1つの物理特性は、フィラメント破断点における引張公称歪である。フィラメント破断点における引張公称歪の値が低いことは、その材料が一方向に脆いことを示す。90°充填角度を使用して形成された試験条片の平均公称歪に対する値0.20mm/mmと比較して、0°充填角度を使用して形成された試験条片の平均公称歪は4.97mm/mmであり、破断点における偏向距離(distance of deflection)が、0°充填角度の方向と比較して、90°充填角度の方向で顕著に低いことを意味する。この現象は、付加製造技術によって形成された物体で特徴的に観察され、或る特定の用途に有利な場合がある。
表6に示されるように、0°(375.49MPa)及び90°(351.38MPa)で試料5を使用して形成された試験条片に対する弾性率は類似し、90°の充填角度で形成された試験条片に対する平均弾性率は0°の充填角度で形成された試験条片に対する平均弾性率よりもわずか7%低いに過ぎない。これらの結果は、付加製造を使用して形成された物体(特にポリオレフィン系の物体)について驚くほど良好である。
図9は、温度を240℃から280℃に増加させるにつれて、0°及び90°の充填角度で試料5を使用して形成された試験条片の弾性率がどのように変化するかを示す。図10は、温度を240℃から280℃に増加させるにつれて、0°及び90°の充填角度で試料5を使用して形成された試験条片のフィラメント破断点における引張応力がどのように変化するかを示す。このデータは、0°及び90°の充填角度で試料5を使用して形成された試験条片に対するフィラメント破断点における引張応力の差は、温度を240℃から280℃に増加させるにつれて大きさが減少するように見えることを示す。図10を参照されたい。対照的に、0°及び90°の充填角度で試料5を使用して形成された試験条片に対する弾性率は、温度を240℃から280℃に増加させるにつれて、より影響を受けないように見える。図9を参照されたい。
ポリプロピレン系複合材料配合物から形成された物体の反り及び空隙率の特性に対する添加剤の効果
材料押出し(MEX)技術による熱溶解積層法(FDM)3Dプリンティングを行うことにより形成された試験タワーの反り及び空隙率に対する添加剤の効果を測定するため、更なる研究を行った。これらの研究に対するデータを、下記表7に要約する。
材料押出し(MEX)技術による熱溶解積層法(FDM)3Dプリンティングを行うことにより形成された試験タワーの反り及び空隙率に対する添加剤の効果を測定するため、更なる研究を行った。これらの研究に対するデータを、下記表7に要約する。
表7に示されるように、試料6〜試料8は、市販のABSフィラメント(Gizmo Doriks)(試料6)、市販のポリプロピレンコポリマー(Gizmo Works)(試料7)及び市販のランダムPPコポリマーYUPLENE(商標)B360F(試料8)を用いた。試料9〜試料11は、YUPLENE(商標)B360Fと、少なくとも1つの添加剤とを組み合わせることによって形成されたPP系複合材料を用いた。試料9を、YUPLENE(商標)B360F(PPコポリマー)90重量%をENGAGE(商標)8200(ポリオレフィンエラストマー)10重量%と組み合わせることにより調製し、射出成形に使用される典型的なポリマー配合物とした。試料10を、YUPLENE(商標)B360F(PPコポリマー)85重量%と、Jetfine(商標)1H(タルク鉱物)15重量%とを組み合わせることにより調製した。試料11を、YUPLENE(商標)B360F(PPコポリマー)75重量%と、Jetfine(商標)1H(タルク鉱物)15重量%及びENGAGE(商標)8200(ポリオレフィンエラストマー)10重量%とを組み合わせることにより調製した。
試料6〜試料11の市販のポリマー及びPP系複合材料を、同方向回転二軸押出し機HAAKE(商標)Rheomex PTW16を使用して融解混合によって調製した。使用した押出し温度プロファイル及びスクリュー速度を下記表8に収載する。
次いで、連続する3mmのフィラメントを、一軸スクリュー押出し機及び自作の水浴を使用して、試料6〜試料11の押出し材料から調製した。その後、試料6〜試料11のフィラメントをHYREL(商標)システム30の機械でフィードストックとして使用して、試験タワーの個々の層を形成するために使用される「ロード」を生産するための材料押出し(MEX)技術による熱溶解積層法(FDM)3Dプリンティングを行うことによって、一連の試験タワーを造形した。試験タワーを、30mm×20mmの矩形ベース及び高さ2.5mmの寸法で形成した。プリンティング条件を下記表9に要約する。
試料6〜試料11から形成された試験タワーの寸法精度を、以下に詳述される曲率半径法を使用して測定した。試料6〜試料11による試験タワーに対する反りプロットも、試験タワーの角の反りを測定することにより得た。図5及び図6(a)〜図6(d)を参照して、実験データを下記表10に要約する。
下記表10に要約されるように、試料6〜試料8の市販のポリマーに対する曲率半径は、試料6のABSポリマーに対する58.0mmの曲率半径から、試料7の市販のPPに対する50.0mmの曲率半径、試料8のYUPLENE(商標)B360Fに対するわずか39.8mmの曲率半径へと減少する。この傾向は、なぜ、YUPLENE(商標)B360F等の或る特定の商業上有用なポリオレフィンが、3Dプリンティング用途において材料として使用するのに十分適していないかを説明する。このデータは、図6(a)〜図6(d)に視覚的に要約される。
図5に示されるように、試料6〜試料8に対する反りの測定は、曲率半径(空隙率)と反りの程度との間の明らかな傾向を示す。58.0mmの曲率半径を有する試料6(ABS)の試験タワーは、図5で説明される通り、最小量の反り(A)を示した。50.0mmの曲率半径を有する試料7(市販のPP)の試験タワーは、試料6(A)の試験タワーと比較して、反りの量の顕著な増加(B)を示した。わずか39.8mmの最も低い曲率半径を有する試料8(YUPLENE(商標)B360F)の試験タワーは、試料6〜試料11の全ての試験タワーと比較して、最も高い量の反り(C)を示した。
また、表10及び図5のデータは、YUPLENE(商標)B360Fへの或る特定の添加剤の添加は、対応する試験タワーにおいて、曲率半径の増加(空隙率の減少)と、反りの量の減少の両方を行うことができることを実証する。
試料9(YUPLENE(商標)B360F 90重量%+ENGAGE(商標)8200 10重量%)の試験タワーは、試料8(YUPLENE(商標)B360F 100重量%)の試験タワーと比較して、51.0mmまで増加した曲率半径(より多孔質でない)を示した。また、図5の反りデータも、試料8(C)の試験タワーに対する反りの量と比較して、試料9(E)の試験タワーに対する反りの量が顕著に少なかったことを示す。試料10(YUPLENE(商標)B360F 85重量%+Jetfine(商標)1H 15重量%)の試験タワーは、試料8(YUPLENE(商標)B360F 100重量%)の試験タワーと比較して、44.5mmまで増加した曲率半径(より多孔質でない)を示した。また、図5の反りデータも、試料10(D)の試験タワーに対する反りの量が、試料8(C)の試験タワーに対する反りの量と比較して、顕著に少なかったことを示す。試料11(YUPLENE(商標)B360F 75重量%+Jetfine(商標)1H 15重量%+ENGAGE(商標)8200 10重量%)の試験タワーは、試料8(YUPLENE(商標)B360F 100重量%)の試験タワーと比較して、55.0mmまで増加した曲率半径(より多孔質でない)を示した。また、図5の反りデータも、試料11(F)の試験タワーに対する反りの量が、試料8(C)の試験タワーに対する反りの量と比較して、顕著に少なかったことを示す。
試料9〜試料11の添加剤含有材料から生産された試験タワーに対する実験結果を比較すると、或る特定の添加剤が、ポリオレフィン含有フィラメントの3Dプリンティングによって形成された物体の特性を大きく改善し得ることを示す。ポリプロピレンコポリマー(YUPLENE(商標)B360F)にタルク鉱物(Jetfine(商標)1H)及びポリオレフィンエラストマー(ENGAGE(商標)8200)を添加することによって、より高い寸法精度が達成された。表10の試料11及び図5のプロット(F)を参照されたい。
曲率半径及びボイドスペースの測定
表10及び図6(a)〜図6(d)中の曲率半径を以下の手順によって測定した。(1)試験タワーの長さ及び幅を測定し、平均値を計算した。(2)次いで、試験タワーの理論上の対角長をピタゴラスの定理を使用して計算した。(3)試験タワーの実際の対角長を物理的に測定して、平均値を得た。(4)プリント部分が楕円の半分を表すと仮定して、短半径bを以下の幾何学的表象に基づいて計算した:
(5)試験タワーの楕円の周長を、以下の関係を用いて近似させる:
式中、
である。
(6)次いで、試験タワーの曲率半径を、以下の幾何学的表像に基づく下記関係を用いて計算する:
表10及び図6(a)〜図6(d)中の曲率半径を以下の手順によって測定した。(1)試験タワーの長さ及び幅を測定し、平均値を計算した。(2)次いで、試験タワーの理論上の対角長をピタゴラスの定理を使用して計算した。(3)試験タワーの実際の対角長を物理的に測定して、平均値を得た。(4)プリント部分が楕円の半分を表すと仮定して、短半径bを以下の幾何学的表象に基づいて計算した:
(6)次いで、試験タワーの曲率半径を、以下の幾何学的表像に基づく下記関係を用いて計算する:
ボイドスペースを曲率半径から計算してもよく、又はハイコントラストSEM像で目に見えるボイドスペースを測定することによって決定してもよい。図11〜図15は、下記表11に示される試料12〜試料16のボイドスペースを測定するため使用したハイコントラストSEM像を説明する。
上の表11中の試料14〜試料16で説明されるように、鉱物添加剤(HAR(商標)T84及びNYLITE(商標)5)と混合した市販のポリプロピレンコポリマー(Vistamaxx(商標)3588 FL)を含有する組成物は、付加製造プロセスに供された場合、ポリプロピレンコポリマー自体(試料13)のボイドスペースと比べて、顕著に低いボイドスペースを示す試験試料をもたらす。いずれもVistamaxx(ポリプロピレンコポリマー)70重量%及びNylite(ウォラストナイト)30重量%の混合物を用いる試料15及び試料16は、ほぼボイドスペースのない試験試料をもたらした。
上の記載は、当業者が本発明を作製し使用することを可能にするために提示され、特定の用途及びその要件に関して提供される。本明細書に開示される実施形態に対する様々な変形形態は当業者に容易に明らかとなり、本明細書に定義される一般原則は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態及び用途に適用され得る。したがって、本発明は、示される実施形態に限定されることを意図しないが、本明細書に開示される原則及び特徴と一致する最も広い範囲を与えられることとなる。この点に関して、本開示に含まれる或る特定の実施形態は、広く考慮して、本発明の全ての利益を示すものではない場合もある。
Claims (72)
- 付加製造のための組成物であって、前記組成物が、
熱可塑性ポリマーと、
前記熱可塑性ポリマーの比熱と比べて前記組成物の比熱を減少させることができる鉱物添加剤と、
を含み、
前記組成物の比熱が前記熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下であるように、前記組成物中の前記鉱物添加剤の割合が設定され、
前記組成物がフィラメント、ロッド、ペレット又は顆粒の形態であり、
前記組成物が、材料押出しによって付加製造を行うのに適した組成物として機能するように適合される、組成物。 - 前記熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィンを含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記熱可塑性ポリマーが、ランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィンを含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記熱可塑性ポリマーが、ランダムコポリプロピレン又はブロックコポリプロピレンを含む、請求項1に記載の組成物。
- 追加のポリマーとして、前記熱可塑性ポリマーとは異なる天然又は合成のポリマーを更に含む、請求項1に記載の組成物。
- ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリウレタン、ポリアルキレンアミン、ポリオキシアルキレン、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリ乳酸、ポリシロキサン、ポリオレフィン並びにそれらのコポリマー及びブレンドからなる群から選択される少なくとも1つの更なるポリマーを更に含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記熱可塑性ポリマーとは異なるエラストマーを更に含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記熱可塑性ポリマーが、0.9g/cm3以下の密度を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記熱可塑性ポリマーが、結晶、半結晶、又は非晶質のポリマーである、請求項1に記載の組成物。
- 前記熱可塑性ポリマーが、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記鉱物添加剤が、無機鉱物、炭素の同素体、及び有機ポリマーからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1の組成物。
- 前記鉱物添加剤が、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記鉱物添加剤が、フェナス石(Be2SiO4)、珪亜鉛鉱(Zn2SiO4)、苦土カンラン石(Mg2SiO4)、鉄カンラン石(Fe2SiO4)、テフロ石(Mn2SiO4)、苦礬柘榴石(Mg3Al2(SiO4)3)、鉄礬柘榴石(Fe3Al2(SiO4)3)、満礬柘榴石(Mn3Al2(SiO4)3)、灰礬柘榴石(Ca3Al2(SiO4)3)、灰鉄柘榴石(Ca3Fe2(SiO4)3)、灰格柘榴石(Ca3Cr2(SiO4)3)、加水灰礬柘榴石(Ca3Al2Si2O8(SiO4)3−m(OH)4m)、ジルコン(ZrSiO4)、トール石((Th,U)SiO4)、パーライト(Al2SiO5)、紅柱石(Al2SiO5)、藍晶石(Al2SiO5)、珪線石(Al2SiO5)、ジュモルチ石(Al6.5−7BO3(SiO4)3(O,OH)3)、トパーズ(Al2SiO4(F,OH)2)、十字石(Fe2Al9(SiO4)4(O,OH)2)、ヒューム石((Mg,Fe)7(SiO4)3(F,OH)2)、ノルベルグ石(Mg3(SiO4)(F,OH)2)、コンドロ石(Mg5(SiO4)2(F,OH)2)、ヒューム石(Mg7(SiO4)3(F,OH)2)、斜ヒューム石(Mg9(SiO4)4(F,OH)2)、ダトー石(CaBSiO4(OH))、チタン石(CaTiSiO5)、硬緑泥石((Fe,Mg,Mn)2Al4Si2O10(OH)4)、ムル石(ポーセラナイトとも呼ばれる)(Al6Si2O13)、異極鉱(珪酸亜鉛鉱)(Zn4(Si2O7)(OH)2・H2O)、ローソン石(CaAl2(Si2O7)(OH)2・H2O)、珪灰鉄鉱(CaFeII 2FeIIIO(Si2O7)(OH))、緑簾石(Ca2(Al,Fe)3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、灰簾石(Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、単斜灰簾石(Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、タンザナイト(Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH))、褐簾石(Ca(Ce,La,Y,Ca)Al2(FeII,FeIII)O(SiO4)(Si2O7)(OH))、ドレイス石(Ce)(CaCeMg2AlSi3O11F(OH))、ベスブ石(アイドクレース)(Ca10(Mg,Fe)2Al4(SiO4)5(Si2O7)2(OH)4)、ベニト石(BaTi(Si3O9))、斧石((Ca,Fe,Mn)3Al2(BO3)(Si4O12)(OH)、緑柱石/エメラルド(Be3Al2(Si6O18))、杉石(KNa2(Fe,Mn,Al)2Li3Si12O30)、菫青石((Mg,Fe)2Al3(Si5AlO18))、電気石((Na,Ca)(Al,Li,Mg)3−(Al,Fe,Mn)6(Si6O18(BO3)3(OH)4)、頑火輝石(MgSiO3)、鉄珪輝石(FeSiO3)、ピジョン輝石(Ca0.25(Mg,Fe)1.75Si2O6)、透輝石(CaMgSi2O6)、灰鉄輝石(CaFeSi2O6)、普通輝石((Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)、翡翠輝石(NaAlSi2O6)、エジリン輝石(錐輝石)(NaFeIIISi2O6)、リシア輝石(LiAlSi2O6)、ウォラストナイト(CaSiO3)、薔薇輝石(MnSiO3)、ソーダ珪灰石(NaCa2(Si3O8)(OH))、直閃石((Mg,Fe)7Si8O22(OH)2)、カミントン閃石(Fe2Mg5Si8O22(OH)2)、グリュネル閃石(Fe7Si8O22(OH)2)、透閃石(Ca2Mg5Si8O22(OH)2)、緑閃石(Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2)、普通角閃石((Ca,Na)2−3(Mg,Fe,Al)5Si6(Al,Si)2O22(OH)2)、藍閃石(Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2)、リーベック閃石(アスベスト)(Na2FeII 3FeIII 2Si8O22(OH)2)、アルベゾン閃石(Na3(Fe,Mg)4FeSi8O22(OH)2)、葉蛇紋石(Mg3Si2O5(OH)4)、温石綿(Mg3Si2O5(OH)4)、リザード石(Mg3Si2O5(OH)4)、ハロイ石(Al2Si2O5(OH)4)、カオリン石(Al2Si2O5(OH)4)、イライト((K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)])、モンモリロン石((Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2・nH2O)、バーミキュライト((MgFe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2・4H2O)、タルク(Mg3Si4O10(OH)2)、海泡石(Mg4Si6O15(OH)2・6H2O)、パリゴルスキー石(又はアタパルジャイト)((Mg,Al)2Si4O10(OH)・4(H2O))、葉蝋石(Al2Si4O10(OH)2)、黒雲母(K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2)、白雲母(KAl2(AlSi3)O10(OH)2)、金雲母(KMg3(AlSi3)O10(OH)2)、リチア雲母(K(Li,Al)2ー3(AlSi3)O10(OH)2)、真珠雲母(CaAl2(Al2Si2)O10(OH)2)、海緑石((K,Na)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2)、緑泥石((Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2・(Mg,Fe)3(OH)6)、石英(SiO2)、鱗珪石(SiO2)、クリストバル石(SiO2)、コース石(SiO2)、スティショフ石(SiO2)、微斜長石(KAlSi3O8)、正長石(KAlSi3O8)、アノーソクレース((Na,K)AlSi3O8)、玻璃長石(KAlSi3O8)、曹長石(NaAlSi3O8)、灰曹長石((Na,Ca)(Si,Al)4O8(Na:Ca 4:1))、中性長石((Na,Ca)(Si,Al)4O8(Na:Ca 3:2))、曹灰長石((Ca,Na)(Si,Al)4O8(Na:Ca 2:3))、亜灰長石((Ca,Na)(Si,Al)4O8(Na:Ca 1:4))、灰長石(CaAl2Si2O8)、黝方石(Na8Al6Si6O24(SO4))、灰霞石(Na6Ca2(CO3,Al6Si6O24).2H2O)、白榴石(KAlSi2O6)、霞石((Na,K)AlSiO4)、方ソーダ石(Na8(AlSiO4)6Cl2)、藍宝石((Na,Ca)4−8Al6Si6(O,S)24(SO4,Cl)1−2)、青金石((Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl)2)、葉長石(LiAlSi4O10)、曹柱石(Na4(AlSi3O8)3(Cl2,CO3,SO4))、灰柱石(Ca4(Al2Si2O8)3(Cl2CO3,SO
4))、方沸石(NaAlSi2O6・H2O)、ソーダ沸石(Na2Al2Si3O10・2H2O)、エリオン沸石((Na2,K2,Ca)2Al4Si14O36・15H2O)、菱沸石(CaAl2Si4O12・6H2O)、輝沸石(CaAl2Si7O18・6H2O)、束沸石(NaCa2Al5Si13O36・17H2O)、スコレス沸石(CaAl2Si3O10・3H2O)、及びモルデン沸石((Ca,Na2,K2)Al2Si10O24・7H2O)からなる群から選択される少なくとも1つの無機鉱物を含む、請求項1に記載の組成物。 - 前記鉱物添加剤が、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、又はそれらの混合物を含む、請求項1に記載の組成物。
- フィラー材を更に含む、請求項1に記載の組成物。
- シリカ、アルミナ、木粉、石膏、タルク、雲母、カーボンブラック、モンモリロン石鉱物、チョーク、ケイ藻土、砂、砂利、砕石、ボーキサイト、石灰岩、砂岩、エアロゲル、キセロゲル、ミクロスフェア、多孔質セラミック球、二水石膏、アルミン酸カルシウム、炭酸マグネシウム、セラミック材料、ポゾラン材料、ジルコニウム化合物、結晶性ケイ酸カルシウムゲル、パーライト、バーミキュライト、セメント粒子、軽石、カオリン、二酸化チタン、酸化鉄、リン酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、フッ化リチウム、ポリマー粒子、金属粉、パルプ粉、セルロース、デンプン、リグニン粉、キチン、キトサン、ケラチン、グルテン、ナッツ殻粉、木粉、トウモロコシ穂軸粉、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、ガラスビーズ、中空ガラスビーズ、seagel、コルク、種子、ゼラチン、木粉、おがくず、寒天ベースの材料、グラスファイバー、天然繊維及びそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つのフィラー材を更に含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記熱可塑性ポリマーの比熱が、1900J/kg・K以上であり、
前記組成物の比熱が1800J/kg・K以下である、請求項1に記載の組成物。 - 前記組成物中の前記鉱物添加剤の割合が、前記組成物の比熱が前記熱可塑性ポリマーの比熱の90%以下であるように設定される、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物中の前記鉱物添加剤の割合が、前記熱可塑性ポリマーと前記鉱物添加剤とを合わせた重量に対して1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲である、請求項1に記載の組成物。
- 前記組成物の総重量に対して、
50重量%〜93重量%の前記熱可塑性ポリマーと、
7重量%〜50重量%の前記鉱物添加剤と、
を含む、請求項1に記載の組成物。 - 付加製造プロセスであって、
請求項1に記載の組成物を融解させて溶融混合物を形成することと、
前記溶融混合物を加工面に送達して、該加工面上に溶融積層物を得ることと、
前記溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態で複合材料を得ることと、
を含む、プロセス。 - 前記断面の形及び内容物が、前記溶融積層物の各々の形状及び内容物によって少なくとも部分的に定められる、請求項21に記載のプロセス。
- 連続する断面に対して前記融解工程及び送達工程を繰り返して、前記物体を造形することを更に含む、請求項21に記載のプロセス。
- 請求項21に記載の付加製造プロセスによって形成された物体。
- 溶融フィラメント製造のための組成物を生産する方法であって、
(1)材料押出しを経ることができる熱可塑性ポリマーを選択して半流動体を形成することと、
(2)前記熱可塑性ポリマーの比熱を測定することと、
(3)前記熱可塑性ポリマーを鉱物添加剤と組み合わせて複合材料を得ることと、
(4)前記複合材料の比熱を測定することと、
(5)前記複合材料中の前記鉱物添加剤の割合を調整して、前記熱可塑性ポリマーの比熱の95%以下である比熱を有する組成物を得ることと、
を含む、方法。 - 前記熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィンを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記熱可塑性ポリマーが、ランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィンを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記熱可塑性ポリマーが、0.9g/cm3以下の密度を有する、請求項25に記載の方法。
- 前記熱可塑性ポリマーが、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する、請求項25に記載の方法。
- 前記熱可塑性ポリマーの比熱が、1900J/kg・K以上であり、
前記組成物の比熱が1800J/kg・K以下である、請求項25に記載の方法。 - 前記組成物の比熱が、前記熱可塑性ポリマーの比熱の90%以下であるように、前記組成物中の前記鉱物添加剤の割合が設定される、請求項25に記載の方法。
- 前記組成物中の前記鉱物添加剤の割合が、前記熱可塑性ポリマーと前記鉱物添加剤とを合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲である、請求項25に記載の方法。
- 前記組成物が、前記組成物の総重量に対して、
50重量%〜93重量%の前記熱可塑性ポリマーと、
7重量%〜50重量%の前記鉱物添加剤と、
を含む、請求項25に記載の方法。 - 前記熱可塑性ポリマーとは異なる天然又は合成のポリマーを、追加のポリマーとして前記複合材料に添加することを更に含む、請求項25に記載の方法。
- 前記複合材料にエラストマーを添加することを更に含み、前記エラストマーが前記熱可塑性ポリマーとは異なる、請求項25に記載の方法。
- 前記鉱物添加剤が、無機鉱物、炭素の同素体、及び有機ポリマーからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記鉱物添加剤が、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記鉱物添加剤が、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン又はそれらの混合物を含む、請求項25に記載の方法。
- フィラー材を前記複合材料に添加することを更に含む、請求項25に記載の方法。
- 請求項25に記載の方法によって生産された組成物。
- 付加製造プロセスであって、
ポリオレフィン及び鉱物添加剤を含有する固体混合物を融解させて、溶融混合物を形成することと、
前記溶融混合物を加工面の面に対して充填角度で前記加工面に送達し、前記加工面上に溶融積層物を得ることと、
前記溶融積層物を凝固させて、物体の断面の形態の複合材料を得ることと、
連続する断面に対して前記融解工程及び送達工程を繰り返して物体を造形することと、
を含み、
前記固体混合物中の前記鉱物添加剤の割合が、以下の式(1):
TS(0°)は、充填角度0°で前記加工面に前記溶融混合物を送達することにより形成される物体Aの降伏点における引張応力を表す)を満たすように調整される、プロセス。 - 前記ポリオレフィンが、熱可塑性ポリオレフィンである、請求項41に記載のプロセス。
- 前記ポリオレフィンが、ランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィンを含む、請求項41に記載のプロセス。
- 前記ポリオレフィンが、0.9g/cm3以下の密度を有する、請求項41に記載のプロセス。
- 前記ポリオレフィンが、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する、請求項41に記載のプロセス。
- 前記ポリオレフィンの比熱が、1900J/kg・K以上であり、
前記固体混合物の比熱が1800J/kg・K以下である、請求項41に記載のプロセス。 - 前記固体混合物の比熱が前記熱可塑性ポリオレフィンの比熱の90%以下であるように、前記固体混合物中の前記鉱物添加剤の割合が設定される、請求項41に記載のプロセス。
- 前記固体混合物中の前記鉱物添加剤の割合が、前記熱可塑性ポリオレフィンと前記鉱物添加剤とを合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲である、請求項41に記載のプロセス。
- 前記固体混合物が、該固体混合物の総重量に対して、
50重量%〜93重量%の前記ポリオレフィンと、
7重量%〜50重量%の前記鉱物添加剤と、
を含む、請求項41に記載のプロセス。 - 前記ポリオレフィンとは異なる天然又は合成のポリマーを、追加ポリマーとして前記固体混合物に添加することを更に含む、請求項41に記載のプロセス。
- 前記固体混合物にエラストマーを添加することを更に含み、前記エラストマーが前記ポリオレフィンとは異なる、請求項41に記載のプロセス。
- 前記鉱物添加剤が、無機鉱物、炭素の同素体、及び有機ポリマーからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項41に記載のプロセス。
- 前記鉱物添加剤が、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項41に記載のプロセス。
- 前記鉱物添加剤が、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン又はそれらの混合物を含む、請求項41に記載のプロセス。
- 前記固体混合物が、フィラー材を更に含む、請求項41に記載のプロセス。
- 請求項41に記載のプロセスによって形成された物体。
- 付加製造プロセスであって、
熱可塑性ポリマー及び鉱物添加剤を別々に材料押出しノズルへと測り取り、得られた混合物を融解させて溶融混合物を得ることと、
前記溶融混合物を表面に送達して、物体の断面へと凝固する溶融積層物を得ることと、
連続する断面に対して測り取り、融解及び送達の工程を繰り返して前記物体を造形することと、
を含み、
前記熱可塑性ポリマーに対する前記鉱物添加剤の混合比率が、以下の条件:
(i)前記物体の反りが、前記鉱物添加剤がない状態で前記熱可塑性ポリマーを用いて前記融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の反りよりも小さいこと、
(ii)前記物体の降伏点における引張応力が、前記鉱物添加剤がない状態で前記熱可塑性ポリマーを用いて前記融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の降伏点における引張応力よりも小さいこと、
(iii)前記物体のフィラメント破断点における引張応力が、前記鉱物添加剤がない状態で前記熱可塑性ポリマーを用いて前記融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のフィラメント破断点における引張応力よりも小さいこと、
(iv)前記物体の弾性率が、前記鉱物添加剤がない状態で前記熱可塑性ポリマーを用いて前記融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体の弾性率よりも小さいこと、及び、
(v)前記物体のボイドスペースが、前記鉱物添加剤がない状態で前記熱可塑性ポリマーを用いて前記融解工程及び送達工程を繰り返し行うことによって造形される物体のボイドスペースよりも小さいこと、
の少なくとも1つが満たされるように制御される、プロセス。 - 前記熱可塑性ポリマーが、ポリオレフィンである、請求項57に記載のプロセス。
- 前記熱可塑性ポリマーが、ランダムコポリオレフィン又はブロックコポリオレフィンを含む、請求項57に記載のプロセス。
- 前記熱可塑性ポリマーが、0.9g/cm3以下の密度を有する、請求項57に記載のプロセス。
- 前記熱可塑性ポリマーが、毎分20℃の冷却速度で70℃以下の結晶化温度を有する、請求項57に記載のプロセス。
- 前記熱可塑性ポリマーの比熱が、1900J/kg・K以上であり、
前記得られた混合物の比熱が1800J/kg・K以下である、請求項57に記載のプロセス。 - 前記混合比率が、前記得られた混合物の比熱が前記熱可塑性ポリマーの比熱の90%以下であるように制御される、請求項57に記載のプロセス。
- 前記得られた混合物中の前記鉱物添加剤の割合が、前記熱可塑性ポリマーと前記鉱物添加剤とを合わせた重量に対して、1重量パーセント〜80重量パーセントの範囲である、請求項57に記載のプロセス。
- 前記得られた混合物が、前記得られた混合物の総重量に対して、
50重量%〜93重量%の前記熱可塑性ポリマーと、
7重量%〜50重量%の前記鉱物添加剤と、
を含む、請求項57に記載のプロセス。 - 前記得られた混合物が、追加のポリマーとして、前記熱可塑性ポリマーとは異なる天然又は合成のポリマーを更に含む、請求項57に記載のプロセス。
- 前記得られた混合物が、前記熱可塑性ポリマーとは異なるエラストマーを更に含む、請求項57に記載のプロセス。
- 前記鉱物添加剤が、無機鉱物、炭素の同素体、及び有機ポリマーからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項57に記載のプロセス。
- 前記鉱物添加剤が、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ケイ藻土、パーライト、軽石、天然ガラス、セルロース、活性炭、長石、ゼオライト、雲母、タルク、粘土、カオリン、スメクタイト、ウォラストナイト、ベントナイト、及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項57に記載のプロセス。
- 前記鉱物添加剤が、カーボンブラック、無定形炭素、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、又はそれらの混合物を含む、請求項57に記載のプロセス。
- 前記得られた混合物が、フィラー材を更に含む、請求項57に記載のプロセス。
- 請求項57に記載のプロセスによって形成された物体。
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