PEEKよりも強い！航空宇宙分野における革新的な材料、炭化ホウ素ナノチューブ強化3DプリントフィラメントPEI 9085

はじめに: 3D プリント部品の性能は、プリント材料の特性に大きく左右されます。高性能エンジニアリングプラスチックは、非金属 3D プリントの分野で常に追求されている最先端の方向性です。ポリエーテルイミド（PEI）は、耐熱性、電気特性、耐薬品性、加工性に優れた高分子ポリマーで、電気絶縁材、回路基板、ギア、エアクッション、シーリング材など、電子機器、自動車、航空宇宙などの分野で広く使用されています。現在、3D プリント用の PEI 9085 材料は市場で入手可能であり、一般的に、高強度、高温安定性、耐腐食性が求められるコンポーネントや部品の製造に使用されています。しかし、一部の企業はこの素材をさらに強化するために特別な改良を加えています。

2024年3月26日、南極熊は、大連易邦が最近、ULTEM® PEI 9085をベース材料とする特殊改良3Dプリント材料、ポリバーブフィラメントPEI 9085を導入したことを知りました。これは、特殊な強化材料「窒化ホウ素ナノチューブ（Boron Nitride NanoBarb）」を加え、押し出し加工でフィラメントに加工し、3Dプリントに使用できます。チョップドカーボンファイバーを充填した PEI と比較して、印刷の機械的特性が優れており、より高い強度要件を持つ部品の製造に適しており、航空グレードの使用要件を満たすことができ、印刷も簡単です。

△ 窒化ホウ素ナノチューブ強化 3D プリントフィラメントポリバーブフィラメント PEI 9085
窒化ホウ素ナノチューブNanoBarb™の魔法

窒化ホウ素ナノチューブは、1995 年に研究室で初めて開発された革新的な材料です。このユニークな素材は、電気抵抗、超疎水性、高い熱安定性、熱伝導性、強度、剛性など、優れた物理的特性と化学的特性の理想的な組み合わせを備えています。カーボンナノチューブに似ていますが、窒化ホウ素ナノチューブは電気的に絶縁性があり、高温でも熱的に安定している点で異なり、潜在的な用途が広がります。これらの特性により、BN ナノチューブは航空宇宙、自動車、防衛、生物医学などの市場にとって理想的な材料となります。

△ 炭化ホウ素ナノチューブ Antarctic Bear によると、窒化ホウ素ナノチューブ NanoBarb™ の表面加工により、複合材料の性能が向上します。窒化ホウ素は「鉄筋」のような不規則な形状に製造され、機械的な「バーブ」を使用してマトリックス材料との噛み合いを最適化し、強化性能を向上させます。 NanoBarb™ は、ファンデルワールス力を低減 (粒子間の接触面積を最小化) することでナノマテリアルの取り扱いと処理を簡素化し、凝集することなく他の材料と混合したときにより高い負荷を可能にします。

△ 窒化ホウ素ナノチューブNanoBarb™強化材料の性能の模式図
炭化ホウ素ナノチューブ強化PEI 9085はPEEKよりも強度が高く、印刷も簡単です。

PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）は最もよく知られている高性能 3D プリント材料です。そのプリント温度は約 400°C と高く、航空、自動車、医療分野で大きな応用が期待されています。 PEEK と比較すると、窒化ホウ素ナノチューブ強化 PEI 9085 3D プリントフィラメントには依然として明らかな利点があります。
PEEK と PEI の大きな違いの 1 つは、形態構造が異なることです。 PEI は非晶質ですが、PEEK は半結晶質 (非晶質領域と結晶領域の両方を含む) です。これは高温での性能に大きな影響を与えます。PEI 9085 のガラス転移温度 (Tg) は約 215°C ですが、PEEK は 150°C です。ガラス転移温度が高いほど、熱変形の度合いが小さくなり、印刷製品の精度と品質が高くなります。引張強度はPEEKと同等かそれ以上です。

△窒化ホウ素ナノチューブ強化PEI 9085と国内PEEK製品3種の性能比較。もう一つの利点は加工温度にあります。通常、約 400°C の処理温度を必要とする PEEK と比較すると、PEI 9085 の処理温度は低くなっています (約 350°C)。

同時に、PEEK には 3D 印刷プロセス中の接着と反りの問題があります。それに比べて、PEI 9085 は接着性が優れており、反りにくいため、3D 印刷手順に適しています。また、PEI 9085 は PEEK よりも印刷成功率が高く、印刷成功率は最大 95% です。

最後に、PEI 9085 と PEEK はどちらも高性能エンジニアリングプラスチックですが、後処理にはいくつかの違いがあります。 PEEK は耐熱性が高く、機械的特性も優れていますが、後処理が複雑で、理想的な表面品質を得るにはより多くの工程が必要になります。対照的に、PEI 9085 は後処理の点では比較的処理が容易です。後処理のステップが少なく、高温安定性と機械的特性に対する要件がやや低い用途に適しています。

さらに、航空認証の面では、PEEK と PEI 9085 の 3D プリントフィラメントはどちらも UL 94-V0 定格を満たし、10 秒以内に自己消火しますが、PEI 9085 は PEEK よりも誘電強度と難燃性が優れています。 PEI 9085 素材は、低煙性、低毒性、固有の難燃性により航空宇宙 FST 認証を取得しています。

△ボン窒化ナノチューブ強化PEI 9085難燃性試験
窒化ホウ素ナノチューブ強化PC/PBTワイヤー

PEI 9085 を強化するために炭化ホウ素ナノチューブを使用するだけでなく、窒化ホウ素ナノチューブ強化 PC/PBT 3D プリントフィラメントも開発しました。ポリカーボネート (PC) は耐衝撃性熱可塑性プラスチックであり、ポリブチレンテレフタレート (PBT) は加工性、耐熱性、化学的安定性に優れたエンジニアリングプラスチックです。 PC と PBT を組み合わせ、窒化ホウ素ナノチューブを追加すると、より総合的な性能を持つ 3D プリント材料を作成できます。

△ 炭化ホウ素強化 PC/PBT フィラメント窒化ホウ素ナノチューブ強化 PC/PBT は、炭素繊維強化ナイロンフィラメントと比較して、より洗練された印刷効果、耐久性、および層間強度を備えており、3D 印刷メーカーに印刷ニーズを満たすナノレベルの強化材料を提供できます。

窒化ホウ素ナノチューブは通常、ポリマーの性能を向上させるために使用されるため、メーカーは最初に窒化ホウ素ナノチューブを 3D プリントフィラメントに適用し、PC/PBT や PEI 9085 などの 3D プリントフィラメントのナノレベルの強化を実現しました。これは、炭素繊維強化フィラメントに比べて多くの利点があります。

BNNano、窒化ホウ素ナノチューブ強化PEI9085材料の製造業者

BNNano, Inc. は、2016 年に Steve Wilcenski 博士と Jason Taylor 博士によって設立されました。生産には触媒を使わない特許技術を採用しています。従来の窒化ホウ素ナノチューブとは異なり、ナノチューブの表面には不規則な六方晶窒化ホウ素結晶が形成されます。この構造の最も重要な利点は、マトリックス材料と混合すると、窒化ホウ素ナノチューブ粒子とマトリックス材料間の架橋が最適化され、複合材料の機械的特性が向上することです。

BNNano, Inc. は、競合他社よりも桁違いに低いコストで、高品質で窒化ホウ素ナノチューブを製造する商業的に実現可能なプロセスを持っています。 NanoBarb™ は、独自の強化窒化ホウ素ナノチューブです。 NanoBarb™ を通常の材料に添加すると、その材料の自然な特性が向上し、特別な材料に変わります。これは、アルミニウムが鋼鉄やチタンと同じくらい強くなる可能性があることを意味します。これは、銅が高度な熱管理ソリューションを提供できることを意味します。これは、ポリエステルがケブラー™のように機能することを意味します。つまり、ヒートシンクはプラスチックで作ることができるということです。つまり、それは水の浄化、防火、極超音速飛行における新たな能力を意味します。

BNNano は、NASA、世界各国の政府研究所などに材料協力を提供してきました。窒化ホウ素強化 PEI 9085 3D 印刷フィラメントと窒化ホウ素ナノチューブについて学び、テストすることを歓迎します。

連絡先番号：13130080576（WeChatと同じ番号）

PEEKよりも強い！航空宇宙分野における革新的な材料、炭化ホウ素ナノチューブ強化3DプリントフィラメントPEI 9085

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