[發明專利]增材制造的具有阻燃性的制品、制成方法及測試它們的阻燃性的方法

有效

• 申請號: 201580012181.2
• 申請日: 2015-02-27
• 公開（公告）號: CN106068177B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 羅伯特·羅素·加盧奇;托馬斯·霍克
• 申請（專利權）人: 沙特基礎工業全球技術有限公司
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B33Y10/00;B33Y70/00;G01N31/12
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 張英,宮傳芝

相關申請的引證

本申請要求于2014年3月6日提交的美國臨時專利申請序列號61/948,807(代理人案號P010369US)的權益。通過引用將該相關申請的全部內容結合于本文中。

背景技術

增材制造(additive manufacturing)(AM)是轉變制成各種東西的方式的生產技術。AM由數字模型制造實際上任何形狀的三維(3D)立體物。通常，通過用計算機輔助設計(CAD)模型軟件生成期望立體物的數字藍圖，然后將實際上的藍圖切割成非常小的數字截面來實現。在連續的分層方法中在AM機器中形成或沉積這些截面以生成3D體。AM具有許多優勢，包括顯著地減少從設計至原型至商業產品的時間。運行設計變化是可能的。可以在單一裝配中建造多個部件。不需要工具。需要最小量的能量來制成這些3D立體物。其還減少廢棄物和原材料的量。AM還促進極其復雜的幾何部件的生產。由于根據需要(on-demand)以及在現場(on-site)可以迅速地制成部件，因此AM還降低用于交易的部件存量。然而，需要制造耐引燃以及尤其是耐火的AM部件。具體地，需要AM部件具有UL-94FR垂直燃燒測試下的V-0等級。通過單絲增材制造技術(例如，熔融沉積成型(FDM)或熔絲制造(FFF)過程)制造的傳統的AM部件是由直徑為0.1至3.0mm的大型系列單絲股制成的。這些束依賴于在大氣壓下的烘箱中彼此接觸而彼此粘結；這導致在具有這些粘結束中的小部分空隙的束表面之間具有非常高度的相互作用的AM部件。已經發現與標準注射模制件不同，這些傳統的AM部件沒有完全封裝并且得到的單絲股界面連接弱，使得AM部件更傾向于在UL-94測試中滴落。具體地，AM部件在UL-94測試中可以開始融化并在束界面分離，這可以導致滴落且在火焰可以擴散時引起危險局面。因此，需要克服這個問題。

發明內容

一個實施方式可以是用于通過增材制造來制成當燃燒時具有耐滴落性的制品的方法，包括(1)使用熔融沉積成型裝置以一模式沉積大量的各自具有0.1至20.0mm直徑的熱塑性單絲股(monofilament strand)，和(2)將多個股熔合在一起以制成其中具有空隙的制品；其中，增材制造的制品包含熱塑性聚合物組合物，該制品具有(a)在長軸部分(long part of the axis)的45度內取向的至少50％的單絲股；(b)多個股大于10；(c)如通過光學顯微鏡測量的包含按體積計1％至20％空隙的微結構，其中至少80％的空隙是高長徑(high aspect)空隙并且小于20％的空隙是具有10至100微米直徑的球形空隙；以及(d)其中，熱塑性聚合物組合物包含熱塑性聚合物與阻燃化合物的組合、具有阻燃性的熱塑性聚合物、或具有阻燃性的熱塑性聚合物與阻燃化合物的組合。

另一個實施方式可以是通過以上方法制成的降低密度的制品，其中，至少90％的空隙是高長徑空隙并且小于10％的空隙是直徑為10至100微米的球形空隙。

另一個實施方式可以是通過增材制造制成的當燃燒時具有耐滴落性的制品，該制品包含熱塑性聚合物組合物，該制品具有(a)在長軸部分的45度內取向的至少50％的單絲股；(b)多個股大于10；(c)如通過光學顯微鏡測量的包含按體積計1％至20％空隙的微結構，其中至少80％的空隙是高長徑空隙并且小于20％的空隙是直徑為10至100微米的球形空隙；以及(d)其中，熱塑性聚合物包含熱塑性聚合物與阻燃化合物(本文中有時稱作FR)的組合、具有阻燃性的熱塑性聚合物、或具有阻燃性的熱塑性聚合物與阻燃化合物的組合。

又一個實施方式可以是用于測試增材制造的制品的UL-94燃燒性能的方法，包括以下步驟：(1)使用熔融沉積成型裝置由具有0.1至20.0mm直徑的多個熱塑性單絲股形成具有0.5至2.5厘米寬度、至少10厘米長度、和0.1至10毫米厚度的單絲增材制造的矩形部件；該部件具有(a)在部件的長軸的45度內取向的至少50％的單絲股；(b)多個股大于10；(c)如通過光學顯微鏡測量的包含按體積計1％至20％空隙的微結構，其中至少80％的空隙是高長徑空隙并且小于20％的空隙是直徑為10至100微米的球形空隙；以及(d)其中，熱塑性聚合物包含具有阻燃性的熱塑性聚合物、熱塑性聚合物與阻燃化合物的組合、或具有阻燃性的熱塑性聚合物與阻燃化合物的組合；(2)在50％相對濕度和20至25℃下使形成的部件平衡至少24小時；(3)夾住部件使得部件的長軸在位于干棉花片上方5英寸的垂直位置；(4)施加火焰到部件的長軸兩次，每次火焰施加持續10秒；和(5)觀察到沒有足以引燃干棉花片的部件的滴落發生。