Forscher des Pacific Northwest National Laboratory untersuchten die Einbettung von Glimmerfüllstoffen in PEKK, um dessen Eigenschaften für den 3D-Druck zu verbessern. Glimmerfüllstoffe haben günstige elektrische und mechanische Eigenschaften, chemische Beständigkeit und relativ hohe Aspektverhältnisse. Die Forscher schließen nicht aus, dass Glimmer und ähnliche Füllstoffe künftig breite Anwendung finden könnten.

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Der 3D-Druck auf Extrusionsbasis kommt in vielen Industrie- und Forschungsbereichen zum Einsatz. Viele davon untersuchen auch die Verbesserung der Eigenschaften von Materialien wie Thermoplasten. Dazu gehören auch Polyetherketoneketone oder kurz PEKKs. PEKKs verfügen über attraktive Eigenschaften wie der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient, der den Materialverzug beim 3D-Druck reduziert. Allerdings gibt es einige Herausforderungen, die die weitverbreitete Einführung von PEKKs als Rohstoffe für industrielle, additive Fertigungsverfahren behindern. Dazu zählt unter anderem die hohe Schrumpfung, die mit Kristallisationsereignissen verbunden ist, und zu Problemen mit Verzug, Zwischenschichthaftung, Delamination und Defekten führen kann.

3D-Druck mit PEKK

Einige der Herausforderungen beim FFF-3D-Druck können durch Verbundmaterialien umgangen werden, die den Verzug reduzieren und die mechanischen Eigenschaften und die Wärmeleitfähigkeit verbessern. In einer vom Pacific Northwest National Laboratory veröffentlichten Studie mit dem Titel „Mica filled polyetherketoneketones for material extrusion 3D printing“ wird die Verwendung von Glimmerfüllstoffen in PEKKs untersucht. Ziel ist es, deren Eigenschaften für additive Fertigungsanwendungen zu verbessern. Schichtförmige Schichtsilikatmaterialien („Glimmer“) weisen günstige elektrische und mechanische Eigenschaften, chemische Beständigkeit und relativ hohe Aspektverhältnisse auf. Sie sind kostengünstig, reichlich vorhanden und in Matrizen eingebettet sicher. Dadurch werden sie für zu attraktiven Füllstoffen für den 3D-Druck.

Verwenden Verbundpolymere Glimmerfüllstoffe, dann haben diese Eigenschaften, die durch die Größe der Glimmerflocken, die Kristallinität der Polymermatrix, den Volumenanteil, die physikalische Wechselwirkung mit der Polymermatrix und andere Faktoren bestimmt werden. Die Autoren verglichen die Leistung von FFF-verarbeitetem PEKK, das konventionelle Glimmer-Füllstoffe mit Kompatibilisierungsmolekülen enthielt, mit metalloxidbeschichteten Glimmer-Füllstoffen. Sie überprüften die Hypothese, dass die Glimmerfüllstoffe bei entsprechender Kompatibilität die mechanische Festigkeit von PEKK und die Dimensionsstabilität durch Kristallisation verbessern. Außerdem erklärte das Team, dass die Materialien die chemische Reaktivität von PEKK nicht beeinträchtigen und Eigenschaften wie die Stabilität in extremen Umgebungen untergraben würden.

Fazit

Es zeigte sich, dass PEKK mit Glimmerfüllstoffen mehrere verbesserte Eigenschaften bietet, wie eine höhere Steifigkeit beim Drucken und dass mit einer dünnen Metalloxidschicht beschichteter pigmentbasierter Glimmer senkt die Schmelztemperatur von PEKK-Materialien, ohne die Glasübergangstemperatur signifikant zu ändern. Weitere günstige Eigenschaften würden die weitere Erforschung der Verbundwerkstoffe erleichtern und die kommerzielle Aufnahme glimmergefüllter PEKK-Verbundwerkstoffe für den 3D-Druck unterstützen. Die Forscher gehen davon aus, dass Glimmer und andere ähnliche Füllstoffe in Zukunft eine breite Anwendung für die Aufnahme in PAEKs und anderen Hochleistungsthermoplasten finden könnten.

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