JP2021517079A - 繊維充填材を含むコア材料に基づくフィラメント - Google Patents

繊維充填材を含むコア材料に基づくフィラメント Download PDF

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Abstract

本発明は、繊維充填材(FF)と熱可塑性ポリマー(TP1)とを含むコア材料(CM)を含むフィラメントに関し、コア材料(CM)は、熱可塑性ポリマー(TP2)を含むシェル材料(SM)の層でコーティングされている。更に、本発明は、前記フィラメントを製造する方法、ならびに三次元物体およびそれを製造する方法に関する。

Description

本発明は、繊維充填材(FF)と熱可塑性ポリマー(TP1)とを含むコア材料(CM)を含むフィラメントに関し、コア材料(CM)は、熱可塑性ポリマー(TP2)を含むシェル材料(SM)の層でコーティングされている。更に、本発明は、前記フィラメントを製造する方法、ならびに三次元物体およびその製造方法に関する。
最も使用されている3D印刷技術または積層造形技術の1つは、熱溶解積層法(FDM)であり、溶融フィラメント製造プロセス(FFF)としても公知である。三次元物体を製造するには、通常、スプールに巻かれて供給される熱可塑性材料のフィラメントを、加熱したノズルを通して1層ずつベース上に堆積させる。したがって、熱可塑性材料は、その溶融温度および/またはガラス転移温度を超える温度に加熱される。熱可塑性材料および温度勾配は、材料がベースまたは押し出された熱可塑性材料の先行する層に接触すると本質的に即座に固化することが可能なように選択される。
各層を形成するために、ベースおよび/または押出ノズル(分注ヘッド)をx、yおよびz軸に沿って所定のパターンで互いに対して移動させるための駆動モータが提供されている。熱溶解積層法(FDM)は、US5,121,329に初めて記載された。
工業的には、熱可塑性材料は一般に、その非常に良好な機械的特性のために特に重要である。特に、それらは、高い強度、剛性、および靱性、良好な耐薬品性、ならびに高い耐摩耗性および耐トラッキング性を有している。それにもかかわらず、用途によっては、例えば自動車産業では、熱可塑性材料の耐薬品性、剛性および寸法安定性を更に向上させる必要がある。したがって、それらは通常、繊維充填材によって補強される。
しかし、溶融フィラメント製造による繊維充填材を含む三次元物体の製造は、フィラメント中の繊維充填材の含有量が15質量%を超えない場合のみ可能である。そうでなければ、フィラメントは、スプールに巻き付けることができず、その表面粗さと潤滑特性の欠如のために3Dプリンタのノズルに送給することが困難となる。
WO2017/009190A1は、シェル材料の層でコーティングされたコア材料を含むフィラメントを開示し、コア材料は、無機粉末と結合剤とを含み、シェル材料は、熱可塑性ポリマーを含む。フィラメントは、三次元の金属またはセラミック製物体の製造に使用できる。
しかし、繊維充填材と第1の熱可塑性ポリマーとを含み、第2の熱可塑性ポリマーを含むシェル材料でコーティングされたコア材料(CM)を含むフィラメントの用途は開示されていない。
WO2015/077262A9は、分離した層または部分を含むフィラメントを含む3Dプリンタ投入材料を開示している。特にフィラメントを含むこれらの投入材料は、共押出、ミクロ層共押出または多成分/フラクタル共押出によって製造し得る。
しかし、シェル材料の層でコーティングされたコア材料を含み、コア材料(CM)が繊維充填材と第1の熱可塑性ポリマーとを含み、シェル材料が第2の熱可塑性ポリマーを含むフィラメントは、記載されていない。
US5,121,329 WO2017/009190A1 WO2015/077262A9
したがって、本発明の根底にある目的は、前述の欠点を克服できる、押出ベースの積層造形システムにおける用途向けの新しいフィラメントを提供することである。
この目的は、シェル材料(SM)の層でコーティングされたコア材料(CM)を含むフィラメントであって、
コア材料(CM)が、成分a)〜c)
a)少なくとも1種の繊維充填材(FF)、
b)少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)、および
c)任意に少なくとも1種の添加剤(A)
を含み、シェル材料(SM)が、成分d)〜f)
d)少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)、
e)任意に少なくとも1種の繊維充填材(FF)、および
f)任意に少なくとも1種の添加剤(A)
を含むフィラメントによって達成される。
本発明のフィラメントの1つの利点は、同じコア材料(CM)から製造するが、シェル材料(SM)を含まないフィラメントと比較して、機械的安定性が高いことである。特に、本発明のフィラメントは、スプールに巻き付けることができるが、シェル材料(SM)を含まないフィラメント(モノフィラメント)は通常、非常に脆弱であり、したがってスプールへの巻き付けには適さない。
溶融フィラメント製造プロセス(FFF)のための従来の機械における本発明のフィラメントの機械的特性、したがって加工性は、主にシェル材料(SM)によって決定されるため、コア材料(CM)の組成に関しては、シェル材料(SM)を含まないフィラメントと比較して変動の自由度が大きい。
例えば、本発明のシェル材料(SM)−コア材料(CM)構成は、コア材料(CM)における著しく高い充填量の繊維充填材(FF)の使用を可能とし、それによってより脆弱なコアをもたらし得る。実際、コア材料(CM)の総質量に対して最大50質量%の繊維充填材(FF)の充填量が適用可能である。本発明によるシェル材料(SM)の層なしでは、溶融フィラメント製造プロセス(FFF)に使用される従来の機械において、高度に脆弱な材料を一貫して送給することは不可能であった。
換言すれば、本発明のフィラメントの破断時の曲げ半径は、モノフィラメントの破断時の曲げ半径よりも小さい。破断時の曲げ半径は、(モノ)フィラメントが破断する時点の半径である。(モノ)フィラメントは、破断時の曲げ半径が小さいほどより多く曲げることができ、より良好にスプールに巻き付けることができる。
更に、本発明のフィラメントが粘着性または極度な粘着性のあるコア材料(CM)を呈することも可能であり、その場合、シェル材料(SM)の存在なしでは、フィーダ機構をブロックしかねない。結果として、本発明の方法により、溶融フィラメント製造プロセス(FFF)における用途向けのフィラメントが実現でき、それは、超低粘度または極度な粘着性を有するコア材料(CM)を得るものである。
加えて、溶融フィラメント製造プロセス(FFF)において、本発明のフィラメントのシェル材料(SM)は、三次元物体の層間の接着剤として機能する。したがって、本発明の三次元物体は、z軸に沿って機械的強度の上昇を呈し、したがって寸法安定性の向上を呈する。
更に、本発明の三次元物体は、既に完成した構成要素である。更なる処理工程は必要ない。したがって、本発明のフィラメントを使用することにより、高充填量の繊維充填材を含む三次元物体を、非常に迅速かつ単純な方法で製造することが可能である。
本発明の目的にとって、「繊維充填材(FF)」という用語は、幅よりも長さが著しく大きく、繊維の形状を有する充填材を意味する。好ましくは、フィラメント中の繊維充填材(FF)の長さ対直径の比は、3:1〜2000:1、より好ましくは10:1〜1000:1、最も好ましくは20:1〜500:1である。
好ましい実施形態において、フィラメント中の繊維充填材(FF)は、50〜2000μm、より好ましくは100〜800μm、最も好ましくは150〜400μmの長さを有する。更に、フィラメントにおいて、繊維充填材(FF)は、好ましくは4〜60μm、より好ましくは8〜40μm、最も好ましくは10〜20μmの直径を有する。
本発明を、以下の通りより詳細に記述する。
フィラメントは、シェル材料(SM)の層でコーティングされたコア材料(CM)を含む。
フィラメントは、当業者によって適切であるとみなされる任意の長さおよび/または直径を呈してもよい。
好ましくは、フィラメントの直径は、1〜3mm、より好ましくは1.2〜2.8mm、最も好ましくは1.4〜2.6mmである。
シェル材料(SM)の層は、当業者によって適切であるとみなされる任意の厚さを有してもよい。
好ましくは、シェル材料(SM)の層の厚さは、0.04〜0.6mm、より好ましくは0.06〜0.3mmである。
コア材料(CM)は、当業者によって適切であるとみなされる任意の直径を有してもよい。
好ましくは、コア材料(CM)の直径は、1〜2mm、より好ましくは1.2〜1.8mm、最も好ましくは1.4〜1.6mmである。
コア材料(CM)は、成分a)〜c)を含む。
成分a)として、コア材料(CM)は、少なくとも1種の繊維充填材(FF)を含む。
本発明の目的にとっての「成分a)」および「繊維充填材(FF)」という用語は、同義であり、本発明を通じて交換可能に使用される。「繊維充填材(FF)」は、厳密に1種の繊維充填材(FF)だけでなく、2種以上の繊維充填材(FF)の混合物も意味する。
コア材料(CM)は、少なくとも1種の繊維充填材(FF)を、当業者によって適切であるとみなされる任意の量で含んでもよい。好ましくは、コア材料(CM)は、コア材料(CM)の総質量に対して10〜50質量%、より好ましくは15〜45質量%、最も好ましくは20〜40質量%の少なくとも1種の繊維充填材(FF)を含む。
成分a)として、任意の公知の繊維充填材(FF)を使用できる。好ましくは、少なくとも1種の繊維充填材(FF)は、天然繊維、合繊繊維および無機繊維からなる群から選択される。
適する天然繊維の例は、セルロース繊維、タンパク質繊維およびポリラクチド繊維である。
適する合繊繊維の例は、アラミド繊維、ポリアクリル繊維およびポリエステル繊維、例えばポリエチレンテレフタラート繊維またはポリブチレンテレフタラート繊維である。
適する無機繊維の例は、セラミック繊維、ガラス繊維、炭素繊維および玄武岩繊維である。
繊維充填材(FF)がガラス繊維である場合、ガラス繊維は、好ましくはE、A、またはCガラスで構成される。ガラス繊維は、ロービング(連続フィラメント繊維)として、または市販の細断ガラス繊維(ステープル)の形態で使用することができる。
好ましくは、少なくとも1種の繊維充填材(FF)は、合繊繊維および無機繊維から選択される。より好ましくは、少なくとも1種の繊維充填材(FF)は、アラミド繊維、ガラス繊維および炭素繊維から、最も好ましくはE、A、またはCガラスで構成されるガラス繊維および炭素繊維から選択され、炭素繊維が特に好ましい。
本発明の一実施形態において、繊維充填材(FF)が炭素繊維である場合、炭素繊維は、金属および/または金属合金および/またはセラミック材料を何ら含まない。好ましくは、炭素繊維は、本実施形態の範囲内において、金属、金属合金およびセラミック材料を何ら含まない。
少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)または少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)と少なくとも1種の繊維充填材(FF)との親和性を向上させるため、繊維充填材の表面を、シラン化合物で処理することができる。
適するシランは、一般式(I)
(X−(CH−Si−(O−C2h+14−k (I)
(式中、
gは、2〜10、好ましくは3〜4であり、
hは、1〜5、好ましくは1〜2であり、
kは、1〜3、好ましくは1であり、
Xは、アミノ基、グリシジル基またはヒドロキシ基である)
によるものである。
好ましくは、シラン化合物は、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノブチルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノブチルトリエトキシシラン、および置換基Xとしてグリシジル基を含有する対応するシラン化合物からなる群から選択される。
好ましくは、繊維充填材(FF)は、シラン化合物を、繊維充填材(FF)の総質量に対して0.01〜2質量%、好ましくは0.025〜1質量%、とりわけ0.05〜0.5質量%の量で含む。
適する炭素繊維は、商品名Tenax(登録商標)で、適するガラス繊維は、商品名Chopvantage(登録商標)で市販されている。
既に繊維充填材(FF)で強化された熱可塑性ポリマーを購入することも可能である。例えば、ガラスまたは炭素繊維で強化されたポリアミドは、BASF SEから商品名Ultramidで入手可能である。
成分b)として、コア材料(CM)は、少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)を含む。
本発明の目的にとっての「成分b)」および「熱可塑性ポリマー(TP1)」という用語は、同義であり、本発明を通じて交換可能に使用される。「熱可塑性ポリマー(TP1)」は、厳密に1種の熱可塑性ポリマー(TP1)だけでなく、2種以上の熱可塑性ポリマー(TP1)の混合物も意味する。
少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)は、熱可塑性ホモポリマー、熱可塑性コポリマーだけでなく、熱可塑性ポリマーのブレンドを含んでもよい。
コア材料(CM)は、少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)を、当業者によって適切であるとみなされる任意の量で含んでもよい。好ましくは、コア材料(CM)は、コア材料(CM)の総質量に対して50〜90質量%、より好ましくは55〜85質量%、最も好ましくは60〜80質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)を含む。
成分b)として、任意の公知の熱可塑性ポリマーを使用できる。好ましくは、コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)は、耐衝撃性改質ビニル芳香族コポリマー、スチレンベースの熱可塑性エラストマー(S−TPE)、ポリオレフィン(PO)、脂肪族−芳香族コポリエステル、ポリカルボナート、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリアミド(PA)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリスルホンおよびポリイミド(PI)からなる群から、より好ましくは耐衝撃性改質ビニル芳香族コポリマー、ポリオレフィン(PO)、脂肪族−芳香族コポリエステルおよびポリアミド(PA)から選択される。
コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)は、耐衝撃性改質ビニル芳香族コポリマーから選択することができる。
耐衝撃性改質ビニル芳香族コポリマーは、それ自体公知であり、市販されている。
好ましい耐衝撃性改質ビニル芳香族コポリマーは、ビニル芳香族モノマーとシアン化ビニルとで構成される耐衝撃性改質コポリマー(スチレンアクリロニトリルコポリマー(SAN))である。使用される好ましい耐衝撃性改質SANは、好ましくはアクリロニトリルスチレンアクリラート(ASA)ポリマーおよび/もしくはアクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)ポリマー、または(メタ)アクリラート−アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンポリマー(「MABS」、透明ABS)、またはSAN、ABS、ASA、およびMABSと他の熱可塑性樹脂、例えばポリカルボナート、ポリアミド(PA)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリブチレンテレフタラート(PBT)、ポリ塩化ビニル(PVC)、もしくはポリオレフィン(PO)とのブレンドを含む。
成分b)として使用できるASAおよびABSの破断時の引張ひずみの値は、一般に10%〜300%、好ましくは15%〜250%、特に好ましくは20%〜200%である。
破断時の引張ひずみの値は、ISO527−2:1996に準拠した1BAタイプの試験片(言及した規格の付録A:「小さな試験片」)に対する引張試験において判定される。
ASAポリマーは一般に、ビニル芳香族化合物、特にスチレンとシアン化ビニル、特にアクリロニトリルとのエラストマーグラフトコポリマーを、特にスチレンおよび/またはα−メチルスチレンとアクリロニトリルとで構成されるコポリマーマトリクス中のポリアルキルアクリラートゴム上に含む、耐衝撃性改質SANポリマーである。
コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)は、スチレンベースの熱可塑性エラストマー(S−TPE)から選択することもできる。
スチレンベースの熱可塑性エラストマー(S−TPE)も、それ自体公知であり、市販されている。
好ましいスチレンベースの熱可塑性エラストマー(S−TPE)は、破断時の引張ひずみが300%を超え、特に好ましくは500%を超え、特に500を超え600%までのものである。混合されるS−TPEは、特に好ましくは、外部ポリスチレンブロック(S)と、それらの間に配置され、ランダムなスチレン−ブタジエン分布(S/B)randomを有するか、スチレン勾配(S/B)taperを有するスチレン−ブタジエンコポリマーブロックとを有する直鎖状または星形スチレン−ブタジエンブロックコポリマーを含む(例えばBASF SE製Styroflex(登録商標)またはStyrolux(登録商標)、CPC製K−Resin(商標))。
総ブタジエン含有量は、好ましくは15〜50質量%の範囲、特に好ましくは25〜40質量%の範囲であり、総スチレン含有量は、これに応じ、好ましくは50〜85質量%の範囲、特に好ましくは60〜75質量%の範囲である。
スチレン−ブタジエンブロック(S/B)は、好ましくは30〜75質量%のスチレンと25〜70質量%のブタジエンとで構成される。(S/B)ブロックは、特に好ましくは、35〜70質量%のブタジエン含有量と、30〜65質量%のスチレン含有量を有する。
ポリスチレンブロック(S)の含有量は、好ましくはブロックコポリマー全体に対して5〜40質量%の範囲、特に25〜35質量%の範囲である。コポリマーブロック(S/B)の含有量は、好ましくは60〜95質量%の範囲、特に65〜75質量%の範囲である。
2個のSブロックの間に配置され、ランダムなスチレン/ブタジエン分布を有する1個または複数の(S/B)randomブロックを有する、一般構造S−(S/B)−Sの直鎖状スチレン−ブタジエンブロックコポリマーが特に好ましい。このタイプのブロックコポリマーは、例としてWO95/35335またはWO97/40079に記載されているように、極性共溶媒またはカリウム塩を添加した無極性溶媒中でのアニオン重合によって得ることができる。
ビニル含有量は、1,2−、1,4−シスおよび1,4−トランス結合全体に対する、ジエン単位の1,2−結合の相対的含有量である。スチレン−ブタジエンコポリマーブロック(S/B)における1,2−ビニル含有量は、好ましくは20%未満、特に10〜18%の範囲、特に好ましくは12〜16%の範囲である。
コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)は、ポリオレフィン(PO)から選択することもできる。
ポリオレフィン(PO)は、それ自体公知であり、市販されている。それらは通常、C〜Cアルケンモノマーの重合によって、好ましくはC〜Cアルケンモノマーの重合によって製造される。
本発明の文脈の範囲内において、C〜Cアルケンは、2〜8個の炭素原子と、少なくとも1個の炭素−炭素二重結合(C−C二重結合)を有する非置換または少なくとも一置換の炭化水素を意味する。「少なくとも1個の炭素−炭素二重結合」は、厳密に1個の炭素−炭素二重結合だけでなく、2個以上の炭素−炭素二重結合も意味する。
換言すれば、C〜Cアルケンは、2〜8個の炭素原子を有する炭化水素が不飽和であることを意味する。炭化水素は、分枝でも非分枝でもよい。1個のC−C二重結合を有するC〜Cアルケンの例は、エテン、プロペン、1−ブテン、2−ブテン、2−メチル−プロペン(=イソブチレン)、1−ペンテン、2−ペンテン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、3−ヘキセンおよび4−メチル−1−ペンテンである。2個以上のC−C二重結合を有するC〜Cアルケンの例は、アレン、1,3−ブタジエン、1,4−ペンタジエン、1,3−ペンタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン(=イソプレン)である。
〜Cアルケンが1個のC−C二重結合を有する場合、それらのモノマーから製造されるポリオレフィン(PO)は直鎖状である。2個以上の二重結合がC〜Cアルケンに存在する場合、これらのモノマーから製造されるポリオレフィン(PO)は、架橋される可能性がある。直鎖状ポリオレフィン(PO)が好ましい。
ポリオレフィン(PO)コポリマーを使用することも可能であり、それらは、ポリオレフィン(PO)の製造中に異なるC〜Cアルケンモノマーを使用することにより製造される。
好ましくは、ポリオレフィン(PO)は、ポリメチルペンテン、ポリ−1−ブテン、ポリイソブチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンからなる群から選択される。当業者に公知であり、市販されているようなポリエチレンおよびポリプロピレン、ならびにそれらのコポリマーが特に好ましい。
ポリオレフィン(PO)は、当業者に公知の任意の重合プロセスによって、好ましくはフリーラジカル重合によって、例えばエマルション、ビーズ、溶液またはバルク重合によって製造できる。可能な開始剤は、モノマーおよび重合のタイプに応じ、フリーラジカル開始剤、例えばペルオキシ化合物およびアゾ化合物であり、開始剤の量は一般に、モノマーに対して0.001〜0.5質量%の範囲である。
コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)は、ポリカルボナートから選択することもできる。
ポリカルボナートも、それ自体公知であり、市販されている。
使用できるポリカルボナートは一般に、20%〜300%、好ましくは30%〜250%、特に好ましくは40%〜200%の破断時の引張ひずみの値を有する。
例として、それらは、界面重縮合によるDE−B−1300266の方法によって、または炭酸ジフェニルとビスフェノールとの反応によるDE−A−1495730の方法に従い得ることができる。好ましいビスフェノールは、2,2−ジ(4−ヒドロキシフェニル)プロパンであり、一般に、また、以下、ビスフェノールAとも呼ばれる。
ビスフェノールAに代えて、他の芳香族ジヒドロキシ化合物、特に2,2−ジ(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、4,4’−ジ−ヒドロキシジフェニルスルファン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルフィット、4,4’−ジヒドロキシジフェニルメタン、1,1−ジ(4−ヒドロキシフェニル)エタン、4,4−ジヒドロキシジフェニル、もしくはジヒドロキシジフェニルシクロアルカン、好ましくはジヒドロキシジフェニルシクロヘキサン、もしくはジヒドロキシシクロペンタン、特に1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、または上記のジヒドロキシ化合物の混合物を使用することも可能である。
特に好ましいポリカルボナートは、ビスフェノールAをベースとするもの、またはビスフェノールAと共に80mol%以下の先に言及した芳香族ジヒドロキシ化合物をベースとするものである。
成分b)として特に良好な適合性を有するポリカルボナートは、レソルシノールエステルまたはアルキルレソルシノールエステルに由来する単位を含むもの、例えばWO00/61664、WO00/15718、またはWO00/26274に記載されているものである。これらのポリカルボナートは、例としてGeneral Electric Companyによって販売されており、商標はSollX(登録商標)である。
US−A3737409によるコポリカルボナートを使用することも可能であり、ビスフェノールAとジ(3,5−ジメチルジヒドロキシフェニル)スルホンをベースとするコポリカルボナートが、ここでは特に興味深く、高い耐熱性を特徴とする。異なるポリカルボナートの混合物を使用することも可能である。
ポリカルボナートを使用する形態は、リグラインドの形態またはペレットの形態のどちらでもよい。
コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)は、熱可塑性ポリウレタン(TPU)から選択することもできる。
熱可塑性ポリウレタン(TPU)は、カルバマート単位を有するポリマーである。熱可塑性ポリウレタンならびにそれらの製造は、当業者に公知である。
本発明の範囲内において、脂肪族熱可塑性ポリウレタン(TPU)が好ましい。それらは例えば、脂肪族ポリイソシアナートと脂肪族ポリヒドロキシ化合物との重付加によって製造できる。ポリイソシアナートの中で、一般式(II)
Figure 2021517079
(式中、
は、置換または非置換のC〜C20アルキレンまたはC〜C20シクロアルキレンであり、置換基は、F、Cl、BrおよびC〜Cアルキルからなる群から選択される)
のジイソシアナートが好ましい。
好ましくは、Rは、置換または非置換のC〜C12アルキレンまたはC〜C15シクロアルキレンである。
本発明の文脈の範囲内において、定義、例えばC〜C20アルキレンは、C〜C20アルカンジイルを意味する。C〜C20アルキレンは、2個の自由原子価と1〜20の炭素原子数を有する炭化水素である。本発明によるC〜C20アルキレンは、分枝または非分枝とすることができる。
本発明の文脈の範囲内において、定義、例えばC〜C20シクロアルキレンは、C〜C20シクロアルカンジイルを意味する。C〜C20シクロアルキレンは、2個の自由原子価と4〜20の炭素原子数を有する環状炭化水素である。2個の自由原子価、環状および直鎖状成分、ならびに4〜20の炭素原子数を有する炭化水素も同様に、この定義に含まれる。
好ましいジイソシアナートは、ヘキサメチレンジイソシアナート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、1,2−ジイソシアナトメチルシクロヘキサン、1,4−ジイソシアナトメチルシクロヘキサンおよびイソホロンジイソシアナート(IUPAC名:5−イソシアナト−1−(イソシアナトメチル)−1,3,3−トリメチル−シクロヘキサン)からなる群から選択される。
ジイソシアナートは、オリゴマー、例えば二量体または三量体の形態で使用してもよい。ポリイソシアナートに代えて、記載したイソシアナートから、例えばフェノールまたはカプロラクタムの付加反応によって得られる従来のブロックポリイソシアナートを使用することもできる。
脂肪族ポリウレタンの製造に適するポリヒドロキシ化合物は、例えば、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエステルアミドもしくはポリアセタール、またはそれらの混合物である。
熱可塑性ポリウレタンの製造に適する鎖延長剤は、低分子量ポリオール、特にジオールおよびポリアミン、特にジアミンまたは水である。
熱可塑性ポリウレタン(TPU)は、好ましくは本質的に架橋されていない、即ち、分解の顕著な徴候なしに繰り返し溶融させることができる。それらの低下させた比粘度は概して、ジメチルホルムアミド中30℃で測定して0.5〜3dl/g、好ましくは1〜2dl/gである。
コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)は、ポリアミド(PA)から選択することもできる。
ポリアミド(PA)も、それ自体公知であり、市販されている。
ポリアミド(PA)は、好ましくは、xが4、5、6、7または8である−NH−(CH−NH−単位、yが3、4、5、6または7である−CO−(CH−NH−単位、およびzが2、3、4、5または6である−CO−(CH−CO−単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位を含む。
ポリアミド(PA)は、より好ましくは、xが5、6または7である−NH−(CH−NH−単位、yが4、5または6である−CO−(CH−NH−単位、およびzが3、4または5である−CO−(CH−CO−単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位を含む。
ポリアミド(PA)は、とりわけ好ましくは、−NH−(CH−NH−単位、−CO−(CH−NH−単位および−CO−(CH−CO−単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位を含む。
ポリアミド(PA)が−CO−(CH−NH−単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位を含む場合、これらの単位は通常、5〜9個の環員を有するラクタムから、好ましくは6〜8個の環員を有するラクタムから、とりわけ好ましくは7個の環員を有するラクタムから誘導される。
ラクタムは一般に、当業者に公知である。本発明の目的にとって、ラクタムは、環状アミドを意味するものと理解される。好ましくは、ポリアミド(PA)の製造に使用されるラクタムは、4〜8個の環炭素原子、より好ましくは5〜7個の環炭素原子、とりわけ好ましくは6個の環炭素原子を含む。
適するラクタムは、例えば、ブチロ−4−ラクタム(γ−ラクタム、γ−ブチロラクタム)、2−ピペリドン(δ−ラクタム、δ−バレロラクタム)、ヘキサノ−6−ラクタム(ε−ラクタム、ε−カプロラクタム)、ヘプタノ−7−ラクタム(ζ−ラクタム、ζ−ヘプタノラクタム)およびオクタノ−8−ラクタム(η−ラクタム、η−オクタノラクタム)からなる群から選択される。
ラクタムは、好ましくは、2−ピペリドン(δ−ラクタム、δ−バレロラクタム)、ヘキサノ−6−ラクタム(ε−ラクタム、ε−カプロラクタム)およびヘプタノ−7−ラクタム(ζ−ラクタム、ζ−ヘプタノラクタム)からなる群から選択される。
ポリアミド(PA)が−NH−(CH−NH−単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位を含む場合、これらの単位は通常、ジアミンから誘導される。ポリアミド(PA)はその際、好ましくはジアミンの変換によって、好ましくはジカルボン酸を用いたジアミンの変換によって得られる。
適するジアミンは一般に、当業者に公知であり、4〜8個の炭素原子、好ましくは5〜7個の炭素原子、より好ましくは6個の炭素原子を含む。
適するアミンは、例えば、1,4−ジアミノブタン(ブタン−1,4−ジアミン、テトラメチレンジアミン、プトレシン)、1,5−ジアミノペンタン(ペンタメチレンジアミン、ペンタン−1,5−ジアミン、カダベリン)、1,6−ジアミノヘキサン(ヘキサメチレンジアミン、ヘキサン−1,6−ジアミン)、1,7−ジアミノヘプタンおよび1,8−ジアミノオクタンからなる群から選択される。ジアミンは、好ましくは、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサンおよび1,7−ジアミノヘプタンからなる群から選択される。1,6−ジアミノヘキサンがとりわけ好ましい。
更に、ポリアミド(PA)は、m−キシリレンジアミン、ジ−(4−アミノフェニル)メタン、ジ−(4−アミノシクロヘキシル)メタン、2,2−ジ−(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ジ−(4−アミノシクロヘキシル)プロパンおよび/または1,5−ジアミノ−2−メチルペンタンから誘導される単位を含んでもよい。
ポリアミド(PA)が−CO−(CH−CO−単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位を含む場合、これらの単位は通常、ジカルボン酸から誘導される。少なくとも1種のポリアミド(A)はその際、好ましくはジカルボン酸の変換によって、好ましくはジアミンを用いたジカルボン酸の変換によって得られる。
適するジカルボン酸は一般に、当業者に公知であり、4〜8個の炭素原子、好ましくは5〜7個の炭素原子、より好ましくは6個の炭素原子を含む。
適するジカルボン酸は、例えば、ブタン二酸(コハク酸)、ペンタン二酸(グルタル酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、ヘプタン二酸(ピメリン酸)およびオクタン二酸(スベリン酸)からなる群から選択される。ジカルボン酸は、好ましくは、ペンタン二酸、ヘキサン二酸およびヘプタン二酸からなる群から選択される。ヘキサン二酸がとりわけ好ましい。
ポリアミド(PA)は、更なる単位、例えば、10〜13個の環員を有するラクタム、例えばカプリルラクタムおよび/またはラウリルラクタムから誘導される単位を追加で含んでもよい。
更に、ポリアミド(PA)は、9〜36個の炭素原子、好ましくは9〜12個の炭素原子、より好ましくは9〜10個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸から誘導される単位を含んでもよい。加えて、芳香族ジカルボン酸も適している。
そのようなジカルボン酸の例は、ノナン二酸(アゼライン酸)、デカン二酸(セバシン酸)、ドデカン二酸、イソフタル酸および/またはテレフタル酸である。
下記の非網羅的なリストは、上記のポリアミドに加え、本発明の目的のために成分b)として適する更なるポリアミドを含む(モノマーは、括弧内に示されている):
PA4 (ピロリドン)
PA6 (ε−カプロラクタム)
PA7 (エタノラクタム)
PA8 (カプリルラクタム)
PA9 (9−アミノノナン酸)
PA11 (11−アミノウンデカン酸)
PA12 (ラウロラクタム)
PA46 (テトラメチレンジアミン、アジピン酸)
PA66 (ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸)
PA69 (ヘキサメチレンジアミン、アゼライン酸)
PA610 (ヘキサメチレンジアミン、セバシン酸)
PA612 (ヘキサメチレンジアミン、デカンジカルボン酸)
PA613 (ヘキサメチレンジアミン、ウンデカンジカルボン酸)
PA1212 (1,12−ドデカンジアミン、デカンジカルボン酸)
PA1313 (1,13−ジアミノトリデカン、ウンデカンジカルボン酸)
PA6T (ヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸)
PA9T (ノニルジアミン、テレフタル酸)
PAMXD6 (m−キシリレンジアミン、アジピン酸)
PA6I (ヘキサメチレンジアミン、イソフタル酸)
PA6−3−T (トリメチルヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸)
PA6/6T (PA6およびPA6T参照)
PA6/66 (PA6およびPA66参照)
PA6/12 (PA6およびPA12参照)
PA66/6/610 (PA66、PA6およびPA610参照)
PA6I/6T (PA6IおよびPA6T参照)
PAPACM12 (ジアミノジシクロヘキシルメタン、ラウロラクタム)
PA6I/6T/PACM (PA6I/6Tおよびジアミノジシクロヘキシルメタン参照)
PA12/MACMI (ラウロラクタム、ジメチルジアミノジシクロヘキシルメタン、イソフタル酸)
PA12/MACMT (ラウロラクタム、ジメチルジアミノジシクロヘキシルメタン、テレフタル酸)
PAPDA−T (フェニレンジアミン、テレフタル酸)
したがって、本発明は、コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)がポリアミド(PA)、好ましくはポリアミド4、ポリアミド6、ポリアミド7、ポリアミド8、ポリアミド9、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド46、ポリアミド66、ポリアミド69、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド613、ポリアミド1212、ポリアミド1313、ポリアミド6T、ポリアミド9T、ポリアミドMXD6、ポリアミド6I、ポリアミド6−3−T、ポリアミド6/6T、ポリアミド6/66、ポリアミド6/12、ポリアミド66/6/610、ポリアミド6I/6T、ポリアミドPACM12、ポリアミド6I/6T/PACM、ポリアミド12/MACMI、ポリアミド12/MACMTおよびポリアミドPDA−Tからなる群から選択されるポリアミド(PA)であるフィラメントを更に提供する。
これらのポリアミドおよびそれらの製造は、公知である。当業者は、それらの製造に関する詳細を、「Ullmanns Enzyklopaedie der Technischen Chemie」、第4版、19巻、39〜54頁、Verlag Chemie、Weinheim 1980、「Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry」、A21巻、179〜206頁、VCH Verlag、Weinheim 1992、およびStoeckhert、Kunststofflexikon、425〜428頁、Hanser Verlag、Munich 1992(キーワード「ポリアミド」およびそれ以降)に見出すことができる。
好ましくは、ポリアミド(PA)は、ポリアミド6、ポリアミド46、ポリアミド66、ポリアミド610、ポリアミド6/12、ポリアミド6/66、ポリアミド6T、ポリアミド9T、ポリアミド6I、ポリアミド6/6Tおよびポリアミド6I/6Tからなる群から選択される。
ポリアミド(PA)は一般に、30〜350ml/gの範囲、好ましくは90〜240ml/gの範囲、とりわけ好ましくは100〜130ml/gの範囲の粘度数を有する。粘度数は、ISO307に従い、25℃で96質量%濃度の硫酸100ml中の0.5質量%のポリアミド(PA)の溶液で判定される。
ポリアミド(PA)の質量平均分子量(M)は通例、500〜2000000g/molの範囲、好ましくは5000〜500000g/molの範囲、とりわけ好ましくは10000〜100000g/molの範囲である。質量平均分子量(M)は、ASTM D4001に従い判定される。
ポリアミド(PA)の溶融温度Tは通例、示差走査熱量測定(DSC)により、または半結晶性ポリアミドに対する動的機械的熱分析(DMTA)により判定して、80〜330℃の範囲、好ましくは150〜250℃の範囲、とりわけ好ましくは180〜230℃の範囲である。非晶質のポリアミドの場合、Tは、少なくとも1種のポリアミド(A)(ISO307に従い硫酸中で80mL/gの最小溶液粘度を有する)が少なくとも5000Paのゼロせん断粘度を有し、したがって溶融状態で処理可能である(TA Instruments製、DHR−1回転レオメータで測定、プレート/プレート形状、プレート直径25mm、サンプル高さ1.0mm。変形1.0%、予熱時間1.5分、事前に減圧下80℃で7日間乾燥させた材料)温度であると定義される。
ポリアミド(PA)は通常、ガラス転移温度(T)を有する。ポリアミド(PA)のガラス転移温度(T)は通常、0〜160℃の範囲、好ましくは40〜105℃の範囲である。
ガラス転移温度(T)は、示差走査熱量測定(DSC)によって判定される。ガラス転移温度(T)の測定は、窒素雰囲気下、それぞれ20℃/分、20℃/分および20℃/分の加熱/冷却/加熱サイクルで行われる。測定のため、約0.006〜0.010gの物質をアルミニウムるつぼに密封した。サンプルを1回目の加熱で340℃に加熱し、次いで急速に0℃に冷却し、次いで2回目の加熱で340℃に加熱する。それぞれのT値を2回目の加熱から判定する。このガラス転移温度(T)を判定する手順は、当業者に公知である。
成分c)として、コア材料(CM)は、少なくとも1種の添加剤(A)を任意に含む。
本発明の目的にとっての「成分c)」および「添加剤(A)」という用語は、同義であり、本発明を通じて交換可能に使用される。「添加剤(A)」は、厳密に1種の添加剤(A)だけでなく、2種以上の添加剤(A)の混合物も意味する。
コア材料(CM)は、少なくとも1種の添加剤(A)を、当業者によって適切であるとみなされる任意の量で含んでもよい。好ましくは、コア材料(CM)は、コア材料(CM)の総質量に対して0〜20質量%、より好ましくは0〜15質量%、最も好ましくは0〜10質量%の少なくとも1種の添加剤(A)を含む。
成分c)として、任意の公知の添加剤(A)を使用できる。好ましくは、添加剤(A)は、分散剤、安定剤、顔料および粘着付与剤からなる群から選択される。
分散剤は、それ自体公知であり、市販されている。
適する分散剤の例は、200〜600g/molの低分子量を有するオリゴマーポリエチレンオキシド、ステアリン酸、ステアロアミド、ヒドロキシステアリン酸、脂肪アルコール、脂肪アルコール、脂肪酸エステル、スルホン酸塩およびエチレンオキシドとプロピレンオキシドのブロックコポリマーであり、更に特に好ましくは、ポリイソブチレンである。
更に、添加剤(A)は、安定剤、例えばUV安定剤および/または抗酸化剤から選択されてもよい。
添加剤(A)は、顔料、例えば有機染料および/または無機顔料から選択されてもよい。
添加剤(A)は、ガラス転移温度が室温未満、好ましくは25℃未満であるポリマーおよび/またはテルペン誘導体のような粘着付与剤から選択されてもよい。
添加剤(A)はまた、WO2013/117428A1に開示されているような粘着付与剤から選択されてもよい。市販の粘着付与剤の例は、Acronal(登録商標)A107である。
WO2013/117428A1に基づき、WO2013/117428A1における粘着付与剤の成分の定義を適用すると、粘着付与剤として、好ましくは、質量平均分子量が50000未満、ガラス転移温度が−40℃以上〜0℃以下、好ましくは−35℃以上〜0℃であり、好ましくは、
(a)少なくとも40質量%の少なくとも1種のC1〜C20アルキル(メタ)アクリラート
(b)0〜30質量%の少なくとも1種のビニル芳香族化合物
(c)少なくとも0.1質量%の少なくとも1種の酸モノマー
(d)0〜50質量%の更なるモノマー
(モノマーの量は、全モノマーの合計に対するものである)
を含むモノマー混合物の水溶性分散ポリマーの少なくとも1種を含む分散物が適用される。
更に、US4,767,813に開示され、下記の3段落において特定されるような粘着付与剤を適用してもよい。
US4,767,813によると、粘着付与剤は、約25〜110℃、好ましくは約50〜110℃の環球軟化温度を有するロジンまたはロジンの誘導体であってもよい。
適する粘着付与剤としては、ロジン、水素化ロジンエステル、ロジンのグリセロール、例えばトリグリセロールロジンエステル、ロジンのC2〜3アルキレンエステル、例えばロジンのトリエチレングリコールエステルおよびロジンのトリプロピレングリコールエステル;ロジン塩、不均化ロジン塩、ペンタエリトリトールならびにアルファおよびベータピネンを含むポリテルペン樹脂が挙げられる。適する樹脂は、商品名Staybelite Ester 3、Staybelite Ester 10、Pentalyn HおよびHercolyn Dで販売されている。
粘着付与樹脂は、約10〜100℃、好ましくは約50〜100℃の環球軟化点を有するCまたはC合成粘着付与樹脂であってもよい。適する樹脂は、商品名Piccovar、Hercotac、PicconalおよびPiccolyteで販売されている。これらの粘着付与剤は、Cモノマー、好ましくは芳香族化合物およびCモノマー、好ましくは脂肪族化合物から重合される。
シェル材料(SM)は、成分d)〜f)を含む。
成分d)として、シェル材料(SM)は、少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)を含む。
本発明の目的にとっての「成分d)」および「熱可塑性ポリマー(TP2)」という用語は、同義であり、本発明を通じて交換可能に使用される。「熱可塑性ポリマー(TP2)」は、厳密に1種の熱可塑性ポリマー(TP2)だけでなく、2種以上の熱可塑性ポリマー(TP2)の混合物も意味する。
少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)は、熱可塑性ホモポリマー、熱可塑性コポリマーだけでなく、熱可塑性ポリマーのブレンドを含んでもよい。
シェル材料(SM)は、少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)を、当業者によって適切であるとみなされる任意の量で含んでもよい。好ましくは、シェル材料(SM)は、シェル材料(SM)の総質量に対して75〜100質量%、より好ましくは80〜98質量%、最も好ましくは90〜95質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)を含む。
成分d)として、当業者は、任意の技術的に適切な熱可塑性ポリマーを選択してもよい。
シェル材料(SM)中の熱可塑性ポリマー(TP2)は、
i)コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)と同じ、または
ii)コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)とは異なる
ものであってもよい。
好ましくは、シェル材料(SM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)は、ポリオキシメチレン(POM)、耐衝撃性改質ビニル芳香族コポリマー、スチレンベースの熱可塑性エラストマー(S−TPE)、ポリオレフィン(PO)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリアミド(PA)、ポリエーテル(PETH)、ポリカルボナート(PC)、ポリエステル(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリスルホンおよびポリイミド(PI)からなる群から、好ましくはポリオレフィン(PO)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリアミド(PA)、ポリカルボナート(PC)、ポリエステル(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリスルホンおよびポリイミド(PI)から選択される。
シェル材料(SM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)は、ポリエーテル(PETH)から選択することができる。
ポリエーテルは、式(III)
Figure 2021517079
(式中、
11〜R14は、それぞれ互いに独立してH、C〜Cアルキルおよびハロゲン置換C〜Cアルキルからなる群から選択され;
15は、化学結合、(−CR15a15b−)基および(−CR15a15bO−)基からなる群から選択され、
15aおよびR15bは、それぞれ互いに独立してHおよび非置換または少なくとも一置換のC〜Cアルキルからなる群から選択され、
置換基は、F、Cl、Br、OHおよびC〜Cアルキルからなる群から選択され;
nは、0、1、2または3である)
の反復単位を含む。
nが0である場合、R15は、隣接する炭素原子と酸素原子との間の化学結合である。R15が(−CR15a15bO−)基である場合、(−CR15a15bO−)基の酸素原子(O)は、式(III)の別の炭素原子(C)に結合しており、式(III)の酸素原子(O)には結合していない。換言すれば、式(III)は、過酸化物化合物を含まない。同じことが、式(IV)にも当てはまる。
典型的なポリエーテルならびにそれらの製造は、当業者に公知である。
本発明による好ましいポリエーテルは、例えば、ポリ(アルキレングリコール)であり、ポリ(アルキレンオキシド)としても公知である。
ポリアルキレンオキシドおよびそれらの製造は、当業者に公知である。それらは通常、水および二価または多価アルコールと環状エーテル、即ち、一般式(IV)のアルキレンオキシドとの相互作用によって合成される。反応は、酸性または塩基性触媒の触媒作用を受ける。反応は、一般式(IV)
Figure 2021517079
(式中、
11〜R15は、式(III)について上記に定義したものと同じ意味を有する)
の環状エーテルのいわゆる開環重合である。
本発明による好ましいポリ(アルキレンオキシド)は、環中に2〜6個の炭素原子を有する一般式(IV)のモノマーから誘導される。換言すれば、好ましくは、ポリ(アルキレンオキシド)は、ポリ(C〜Cアルキレンオキシド)である。1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキセパンおよびテトラヒドロフラン(IUPAC名:オキソラン)からなる群から選択されるモノマーから誘導されるポリ(アルキレンオキシド)が特に好ましい。換言すれば、特に好ましくは、ポリ(アルキレンオキシド)は、ポリ−1,3−ジオキソラン、ポリ−1,3−ジオキセパンおよびポリテトラヒドロフランからなる群から選択される。
一実施形態において、ポリ(アルキレンオキシド)は、OH末端基を含むことができる。別の実施形態において、ポリ(アルキレンオキシド)のOH末端基の少なくとも数個は、キャップすることができる。OH末端基をキャップする方法は、当業者に公知である。例えば、OH末端基は、エーテル化またはエステル化によってキャップすることができる。
ポリ(アルキレンオキシド)の質量平均分子量は、好ましくは1000〜150000g/mol、特に好ましくは1500〜120000g/molの範囲、より好ましくは2000〜100000g/molの範囲である。
シェル材料(SM)は、成分e)として少なくとも1種の繊維充填材(FF)を含むことができる。
シェル材料(SM)は、少なくとも1種の繊維充填材(FF)を、当業者によって適切であるとみなされる任意の量で含んでもよい。好ましくは、シェル材料(SM)は、シェル材料(SM)の総質量に対して0〜15質量%、より好ましくは0〜10質量%、最も好ましくは0〜5質量%の少なくとも1種の繊維充填材(FF)を含む。
シェル材料(SM)の少なくとも1種の繊維充填材は、コア材料(CM)について定義した繊維充填材(FF)と同一である。
好ましい実施形態において、シェル材料(SM)は、シェル材料(SM)の総質量に対して0質量%の少なくとも1種の繊維充填材(FF)を含み、したがって、好ましくはシェル材料(SM)中には成分e)が存在しない。
成分f)として、シェル材料(SM)は、少なくとも1種の添加剤(A)を含むことができる。
シェル材料(SM)は、少なくとも1種の添加剤(A)を、当業者によって適切であるとみなされる任意の量で含んでもよい。好ましくは、シェル材料(SM)は、シェル材料(SM)の総質量に対して0〜20質量%、より好ましくは0〜15質量%、最も好ましくは0〜10質量%の少なくとも1種の添加剤(A)を含む。
シェル材料(SM)の少なくとも1種の添加剤は、コア材料(CM)について定義した添加剤(A)と同一である。
本発明の一実施形態において、コア材料(CM)は、成分a)、b)およびc)
a)コア材料(CM)の総質量に対して10〜50質量%、好ましくは15〜45質量%、より好ましくは20〜40質量%の少なくとも1種の繊維充填材(FF)、
b)コア材料(CM)の総質量に対して50〜90質量%、好ましくは55〜85質量%、より好ましくは60〜80質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)、
c)コア材料(CM)の総質量に対して0〜20質量%、好ましくは0〜15質量%、より好ましくは0〜10質量%の少なくとも1種の添加剤(A)
を含み、および/またはシェル材料(SM)は、成分d)およびf)
d)シェル材料(SM)の総質量に対して75〜100質量%、好ましくは80〜98質量%、より好ましくは90〜95質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)、
e)シェル材料(SM)の総質量に対して0〜15質量%、好ましくは0〜10質量%、より好ましくは0〜5質量%の少なくとも1種の繊維充填材(FF)、
f)シェル材料(SM)の総質量に対して0〜20質量%、好ましくは0〜15質量%、より好ましくは0〜10質量%の少なくとも1種の添加剤(A)
を含む。
本発明の更なる実施形態において、コア材料(CM)は、成分a)、b)およびc)
a)コア材料(CM)の総質量に対して10〜50質量%、好ましくは15〜45質量%、より好ましくは20〜40質量%の少なくとも1種の繊維充填材(FF)、
b)コア材料(CM)の総質量に対して50〜90質量%、好ましくは55〜85質量%、より好ましくは60〜80質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)、
c)コア材料(CM)の総質量に対して0〜20質量%、好ましくは0〜15質量%、より好ましくは0〜10質量%の少なくとも1種の添加剤(A)
を含み、および/またはシェル材料(SM)は、成分d)およびf)
d)シェル材料(SM)の総質量に対して100質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)、
e)シェル材料(SM)の総質量に対して0質量%の少なくとも1種の繊維充填材(FF)、
f)シェル材料(SM)の総質量に対して0質量%の少なくとも1種の添加剤(A)
を含む。
本発明の更なる主題は、上記のようなフィラメントを製造する方法であり、コア材料(CM)のシェル材料(SM)との共押出によってコア材料(CM)をシェル材料(SM)の層でコーティングする方法である。
共押出技法それ自体は、当業者に公知である。
コアおよびシェル材料に適用される材料に基づき、当業者は、それぞれの適切な共押出温度および処理パラメータを選んでもよい。
本発明の別の主題は、溶融フィラメント製造プロセスによって三次元物体を製造する方法であって、少なくとも工程a)、b)、c)
a)スプールに巻かれた上記のようなフィラメントをノズルに供給する工程、
b)フィラメントを温度(T)に加熱する工程、
c)三次元物体を形成するために、工程b)で得られる加熱したフィラメントを層ベースの積層技法を使用してビルドプレートに堆積させる工程
を含む方法である。
三次元物体を製造するための溶融フィラメント製造プロセスは、当該技術水準において周知であり、先に引用した文献において詳細に説明されている。溶融フィラメント製造プロセスは、3D印刷プロセスとも呼ばれる。
工程a)によると、スプールに巻かれた本発明によるフィラメントが、ノズルに供給される。
工程b)によると、フィラメントは、温度(T)に加熱される。温度(T)は、少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)の融点より高い。少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)の融点を判定する方法は、当業者に公知である。例えば、少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)の融点は、示差走査熱量測定(DSC)によって推定することができる。
本発明による好ましい実施形態において、方法工程b)では、フィラメントは、少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)の融点より少なくとも1℃、好ましくは少なくとも5℃、特に好ましくは少なくとも10℃高い温度(T)に加熱される。
別の好ましい実施形態において、フィラメントは、140〜400℃、好ましくは160〜380℃の範囲の温度(T)に加熱される。
工程c)によると、層ベースの積層技法を使用してフィラメントをビルドプレートに堆積させる。ビルドプレートの温度は通常、30〜150℃、好ましくは40〜120℃、特に好ましくは60〜100℃の範囲である。
換言すれば、本発明の方法の工程a)〜c)では、フィラメントは一般に最初は固体状態で存在し、その後溶融および印刷されてフィラメントを含む三次元物体を形成する。
本発明の更なる主題はまた、先に特定された方法によって製造される三次元物体である。
下記の実施例は、本発明を更に説明する。
実施例E1およびE2(本発明による)におけるフィラメントを、下記の材料、設備および処理パラメータを適用したコア材料(CM)とシェル材料(SM)の共押出によって製造した。
材料:
実施例E1およびE2(本発明による)のコア材料(CM):
E1:20質量%の炭素繊維を含むナイロン6.6(80質量%のポリアミド66、20質量%の炭素繊維(CF);商品名:Ultramid A3WC4)
E2:50質量%のガラス繊維を含むナイロン6.6(50質量%のポリアミド66、50質量%のガラス繊維(GF);商品名:Ultramid A3WG10)
実施例E1およびE2(本発明による)のシェル材料(SM):
E1:ナイロン6.6(100質量%のポリアミド66;商品名Ultramid A3W)
E2:ナイロン6.6(100質量%のポリアミド66;商品名Ultramid A3W)
設備:
押出設備:
コア:ZSK 25二軸押出機
シェル:圧縮比3.08のポリオレフィンスクリュー8/6/11を備えたTeach−Line E20T単軸押出機
ノズル:マトリクス直径3.6mmの改良型ブロー成形用ダイ
追加設備:
水槽
コンベアBAW130T
Zumbach直径測定器
処理パラメータ:
ポリマーは全て、処理前に空気乾燥機と7m/分のコンベア速度を使用して80℃で乾燥させた。
[実施例E1]
コア材料(CM):
80質量%のポリアミド66、20質量%の炭素繊維(Ultramid A3WC4)を含む押出機
温度プロファイル:260℃/270℃/270℃/280℃/280℃、表皮アダプタ280℃、ダイ280℃
シェル材料(SM)の外層:
100質量%のポリアミド66(Ultramid A3W)を含む押出機
温度プロファイル:260℃/270℃/270℃/280℃/280℃、表皮アダプタ280℃、ダイ280℃
フィラメント特性:
直径1.75mm、楕円率0.03mm
コア直径:1.59mm
外層厚さ:0.08mm
[実施例E2]
コア材料(CM):
50質量%のポリアミド66、50質量%のガラス繊維(Ultramid A3WG10)を含む押出機
温度プロファイル:260℃/270℃/270℃/280℃/280℃、表皮アダプタ280℃、ダイ280℃
シェル材料(SM)の外層:
100質量%のポリアミド66(Ultramid A3W)を含む押出機
温度プロファイル:260℃/270℃/270℃/280℃/280℃、表皮アダプタ280℃、ダイ280℃
フィラメント特性:
直径1.78mm、楕円率0.05mm
コア直径:1.46mm
外層厚さ:0.16mm
実施例C3およびC4(比較例)におけるモノフィラメントを、下記の材料、設備および処理パラメータを適用した押出しによって製造した。
材料:
C3:20質量%の炭素繊維を含むナイロン6.6(80質量%のポリアミド66、20質量%の炭素繊維(CF);商品名:Ultramid A3WC4)
C4:50質量%のガラス繊維を含むナイロン6.6(50質量%のポリアミド66、50質量%のガラス繊維(GF);商品名:Ultramid A3WG10)
モノフィラメントを本発明による実施例と同じコア材料(CM)から、シェル材料(SM)なしで製造した。
設備:
押出設備:
押出機:圧縮比3.08のポリオレフィンスクリュー8/6/11を備えたTeach−Line E20T単軸押出機
ノズル:直径3.6mmのダイ
追加設備:
水槽
コンベアBAW130T
Zumbach直径測定器
処理パラメータ:
ポリマーは全て、処理前に空気乾燥機と7m/分のコンベア速度を使用して80℃で乾燥させた。
[実施例C3]
モノフィラメント:
80質量%のポリアミド66、20質量%の炭素繊維(Ultramid A3WC4)を含む押出機
温度プロファイル:260℃/270℃/270℃/280℃/280℃、表皮アダプタ280℃、ダイ280℃
フィラメント特性:
直径1.75mm、楕円率0.05mm
[実施例C4]
モノフィラメント:
50質量%のポリアミド66、50質量%のガラス繊維(Ultramid A3WG10)を含む押出機
温度プロファイル:260℃/270℃/270℃/280℃/280℃、表皮アダプタ280℃、ダイ280℃
フィラメント特性:
直径1.75mm、楕円率0.05mm
実施例E1およびE2(本発明による)におけるフィラメントならびに実施例C3およびC4(比較例)におけるモノフィラメントの破断時の曲げ半径を測定した(表1)。
Figure 2021517079
(モノ)フィラメントの破断時の曲げ半径は、(モノ)フィラメントが破断する時点の半径である。(モノ)フィラメントは、破断時の曲げ半径が小さいほどより多く曲げることができ、その結果として、より良好にスプールに巻き付けることができる。
表1に示すように、実施例E1およびE2(本発明による)のフィラメントは、実施例C3およびC4(比較例)の対応するモノフィラメントよりも小さな破断時の曲げ半径を示している。したがって、本発明のフィラメントE1およびE2は、破断することなくより多く曲げて、スプールに巻き付けることができる。換言すれば、比較例の対応するフィラメントと同じコア材料を有するが、追加のシェル材料を有する本発明によるフィラメントは、破断時の曲げ半径がより小さいため、柔軟性の点で性能が改善されている。

Claims (15)

  1. シェル材料(SM)の層でコーティングされたコア材料(CM)を含むフィラメントであって、
    コア材料(CM)が、成分a)〜c)
    a)少なくとも1種の繊維充填材(FF)、
    b)少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)、および
    c)任意に少なくとも1種の添加剤(A)
    を含み、シェル材料(SM)が、成分d)〜f)
    d)少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)、
    e)任意に少なくとも1種の繊維充填材(FF)、および
    f)任意に少なくとも1種の添加剤(A)
    を含む、フィラメント。
  2. 少なくとも1種の繊維充填材(FF)が、合繊繊維および無機繊維から、好ましくはアラミド繊維、ガラス繊維および炭素繊維から、より好ましくはE、A、またはCガラスで構成されるガラス繊維および炭素繊維から、最も好ましくは炭素繊維から選択される、請求項1に記載のフィラメント。
  3. 繊維充填材(FF)の表面が、シラン化合物で、好ましくは一般式(I)
    (X−(CH−Si−(O−C2h+14−k (I)
    (式中、
    gは、2〜10であり、
    hは、1〜5であり、
    kは、1〜3であり、
    Xは、アミノ基、グリシジル基またはヒドロキシ基である)
    によるシラン化合物で処理されている、請求項1または2に記載のフィラメント。
  4. i)繊維充填材(FF)の長さ対直径の比が、3:1〜2000:1、好ましくは10:1〜1000:1、より好ましくは20:1〜500:1であり、および/または
    ii)繊維充填材(FF)が、50〜2000μm、好ましくは100〜800μm、より好ましくは150〜400μmの長さを有し、および/または
    iii)繊維充填材(FF)が、4〜60μm、好ましくは8〜40μm、より好ましくは10〜20μmの直径を有する、
    請求項1から3のいずれか一項に記載のフィラメント。
  5. i)コア材料(CM)が成分a)〜c)
    a)コア材料(CM)の総質量に対して10〜50質量%の少なくとも1種の繊維充填材(FF)、
    b)コア材料(CM)の総質量に対して50〜90質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)、および
    c)コア材料(CM)の総質量に対して0〜20質量%の少なくとも1種の添加剤(A)
    を含み、ならびに/または
    ii)シェル材料(SM)が、成分d)〜f)
    d)シェル材料(SM)の総質量に対して75〜100質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)、
    e)シェル材料(SM)の総質量に対して0〜15質量%の少なくとも1種の繊維充填材(FF)、および
    f)シェル材料(SM)の総質量に対して0〜20質量%の少なくとも1種の添加剤(A)
    を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のフィラメント。
  6. コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)が、耐衝撃性改質ビニル芳香族コポリマー、スチレンベースの熱可塑性エラストマー(S−TPE)、ポリオレフィン(PO)、脂肪族−芳香族コポリエステル、ポリカルボナート、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリアミド(PA)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリスルホンおよびポリイミド(PI)からなる群から、好ましくは耐衝撃性改質ビニル芳香族コポリマー、ポリオレフィン(PO)、脂肪族−芳香族コポリエステルおよびポリアミド(PA)から選択される、請求項1から5のいずれか一項に記載のフィラメント。
  7. コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)が、ポリアミド(PA)、好ましくはポリアミド4、ポリアミド6、ポリアミド7、ポリアミド8、ポリアミド9、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド46、ポリアミド66、ポリアミド69、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド613、ポリアミド1212、ポリアミド1313、ポリアミド6T、ポリアミド9T、ポリアミドMXD6、ポリアミド6I、ポリアミド6−3−T、ポリアミド6/6T、ポリアミド6/66、ポリアミド6/12、ポリアミド66/6/610、ポリアミド6I/6T、ポリアミドPACM12、ポリアミド6I/6T/PACM、ポリアミド12/MACMI、ポリアミド12/MACMTおよびポリアミドPDA−Tからなる群から選択されるポリアミド(PA)である、請求項1から6のいずれか一項に記載のフィラメント。
  8. シェル材料(SM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)が、ポリオキシメチレン(POM)、耐衝撃性改質ビニル芳香族コポリマー、スチレンベースの熱可塑性エラストマー(S−TPE)、ポリオレフィン(PO)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリアミド(PA)、ポリエーテル(PETH)、ポリカルボナート(PC)、ポリエステル(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリスルホンおよびポリイミド(PI)からなる群から、好ましくはポリオレフィン(PO)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリアミド(PA)、ポリカルボナート(PC)、ポリエステル(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリスルホンおよびポリイミド(PI)から選択される、請求項1から7のいずれか一項に記載のフィラメント。
  9. シェル材料(SM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP2)が、
    i)コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)と同じ、または
    ii)コア材料(CM)の少なくとも1種の熱可塑性ポリマー(TP1)とは異なる
    ものである、請求項7に記載のフィラメント。
  10. i)フィラメントの直径が1〜3mm、好ましくは1.2〜2.8mm、より好ましくは1.4〜2.6mmであり、および/または
    ii)コア材料(CM)の直径が1〜2mm、好ましくは1.2〜1.8mm、より好ましくは1.4〜1.6mmであり、および/または
    ii)シェル材料(SM)の層の厚さが0.04〜0.6mm、好ましくは0.06〜0.3mmである、
    請求項1から9のいずれか一項に記載のフィラメント。
  11. 少なくとも1種の添加剤(A)が、分散剤、安定剤、顔料および粘着付与剤からなる群から選択される、請求項1から10のいずれか一項に記載のフィラメント。
  12. 請求項1から11のいずれか一項に記載のフィラメントを製造する方法であって、コア材料(CM)のシェル材料(SM)との共押出によってコア材料(CM)をシェル材料(SM)の層でコーティングする、方法。
  13. 溶融フィラメント製造プロセスによって三次元物体を製造する方法であって、少なくとも工程a)、b)、c)
    a)スプールに巻かれた請求項1から11のいずれか一項に記載のフィラメントをノズルに供給する工程、
    b)フィラメントを温度(T)に加熱する工程、
    c)三次元物体を形成するために、工程b)で得られる加熱したフィラメントを層ベースの積層技法を使用してビルドプレートに堆積させる工程
    を含む、方法。
  14. 工程b)における温度(T)が140〜400℃である、請求項13に記載の方法。
  15. 請求項13または14に記載の方法によって製造される、三次元物体。
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