EP4408932A1 - Poudre à base de polyaryléthercétone(s) pour la fabrication d'objets ductiles - Google Patents

Poudre à base de polyaryléthercétone(s) pour la fabrication d'objets ductiles

Info

Publication number
EP4408932A1
EP4408932A1 EP22789959.8A EP22789959A EP4408932A1 EP 4408932 A1 EP4408932 A1 EP 4408932A1 EP 22789959 A EP22789959 A EP 22789959A EP 4408932 A1 EP4408932 A1 EP 4408932A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polyaryletherketone
powder
thermoplastic polymer
flexible thermoplastic
equal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22789959.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benoît BRULE
Nadine Decraemer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
Publication of EP4408932A1 publication Critical patent/EP4408932A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/42—Block-or graft-polymers containing polysiloxane sequences
    • C08G77/452—Block-or graft-polymers containing polysiloxane sequences containing nitrogen-containing sequences
    • C08G77/455—Block-or graft-polymers containing polysiloxane sequences containing nitrogen-containing sequences containing polyamide, polyesteramide or polyimide sequences
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12—Powdering or granulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L27/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L27/02—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L27/12—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08L27/18—Homopolymers or copolymers or tetrafluoroethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L71/08—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives
    • C08L71/10—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives from phenols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08L79/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/10—Block- or graft-copolymers containing polysiloxane sequences
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G2650/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule
    • C08G2650/28—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule characterised by the polymer type
    • C08G2650/38—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule characterised by the polymer type containing oxygen in addition to the ether group
    • C08G2650/40—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule characterised by the polymer type containing oxygen in addition to the ether group containing ketone groups, e.g. polyarylethylketones, PEEK or PEK
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/04—Polysiloxanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2365/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2371/00—Characterised by the use of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2371/00—Characterised by the use of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2371/08—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives
    • C08J2371/10—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives from phenols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2427/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2427/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2427/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2427/18—Homopolymers or copolymers of tetrafluoroethylene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2479/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen, or carbon only, not provided for in groups C08J2461/00 - C08J2477/00
    • C08J2479/04—Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08J2479/08—Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2483/00—Characterised by the use of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Derivatives of such polymers
    • C08J2483/10—Block- or graft-copolymers containing polysiloxane sequences

Definitions

  • the invention relates to the field of polyaryletherketones.
  • the invention relates to a powder based on polyaryletherketone(s) for the manufacture of ductile objects, in particular for the manufacture of objects by a method of constructing objects layer-to-layer by sintering caused by radiation ( s) electromagnetic(s).
  • PESKs Polyaryletherketones
  • These polymers are well-known high performance engineering polymers. They can be used for demanding applications in terms of temperature and/or mechanical or even chemical stress. They can also be used for applications requiring excellent fire resistance and low emission of smoke or toxic gases. Finally, they have good biocompatibility. These polymers are found in fields as varied as aeronautics and space, off-shore drilling, automotive, rail, marine, wind power, sports, construction, electronics and implants. medical.
  • polyaryletherketones Notwithstanding these advantageous properties, it is sometimes necessary to formulate polyaryletherketones in order to meet specific specifications. Thus, it is possible to seek greater flexibility making it possible to accommodate new modes of use and positioning of the parts, with a greater possibility of bending.
  • compositions consisting of polyetheretherketone (PEEK) and polyoctenylene are known from US 2009/0292073.
  • compositions consisting of polyetheretherketone (PEEK) and polysiloxane are also known from US 2005/004326 A1.
  • compositions consisting of a mixture of (PEEK) and polysiloxane/polyetherimide block copolymer. More specifically, non-delaminating mixtures of PEEK and comprising from 10% to 25% by weight of polysiloxane/polyetherimide block copolymer, comprising from 20% to 30% by weight of polysiloxane, could be manufactured (see in particular Table 2 of patent document).
  • compositions consisting of a mixture of PEEK, polyetherimide and polysiloxane/polyetherimide block copolymer are also known from EP 0 323 142 A1.
  • compositions consisting of a mixture of PEEK and: i) copolymer composed of repeating units derived from tetrafluoroethylene and propylene or ii) copolymer composed of repeating units derived from hexafluoropropylene and vinylidene.
  • compositions consisting of a mixture of PEKK, of a copolymer with polysiloxane/polyetherimide blocks and of a polysiloxane are known.
  • the patent document provides for the use of this composition in powder form, no embodiment has been detailed. It is only stated that such a powder can be obtained by a standard grinding process.
  • the existing grinding processes which already prove to be complex to implement for pure polyaryletherketone compositions, prove in fact impossible to implement for more ductile compositions.
  • the methods commonly used to manufacture powders based on polyaryletherketone(s) are grinding methods which all have the point common to make the material to be ground brittle enough to be ground.
  • none of the aforementioned grinding methods is suitable for providing fine powders, that is to say in particular powders having a distribution of particle sizes, weighted by volume, with a median diameter strictly less than 500 . m, from ductile compositions based on polyaryletherketone(s).
  • An example of a method which is particularly detailed below in the present application, is a method for constructing layer-to-layer objects by sintering caused by electromagnetic radiation(s).
  • Other examples of processes requiring a powder composition are the coating, for example of metals, from powder, powder compression molding or powder compression-transfer molding.
  • the aim of the invention is to propose a process for obtaining a fine powder of ductile composition based on polyaryletherketone(s), as well as the powder as such, the latter having never been able to be implemented in prior art.
  • the invention also aims, at least according to certain embodiments, to provide a powder and its method of manufacture, the powder being suitable for use in a method of constructing layer-to-layer objects by sintering caused by electromagnetic radiation(s).
  • the invention also aims, at least according to certain embodiments, to provide a powder and its method of manufacture, the powder being suitable for use in a method of coating from a powder, compression molding of powder or powder compression-transfer molding.
  • Another object of the invention is to provide a powder having a high density.
  • the invention also aims, at least according to certain embodiments, to provide a powder having good flowability.
  • the invention also aims, at least according to certain embodiments, to provide an at least partially crystallized powder.
  • the object of the invention is to provide an object having better ductility and/or better impact resistance, compared to objects obtained from unformulated polyaryletherketone(s), in particular from polyaryletherketone(s). alone(s).
  • the invention relates to a powder comprising particles consisting of a composition comprising at least one polyaryletherketone and at least one flexible thermoplastic polymer not being a polyaryletherketone.
  • the elastic modulus of said at least one flexible thermoplastic polymer is at least twice lower than that of said at least one polyaryletherketone, as measured according to standard ISO 527-2: 2012, at 23° C., on a type 1 BA specimen obtained by injection-moulding, with a crosshead speed of 1 mm/min.
  • Said polyaryletherketone forming a matrix in which said flexible thermoplastic polymer is dispersed.
  • the particles consisting of the composition described above have a volume-weighted particle size distribution, as measured by laser diffraction, according to standard ISO 13320:2009, with a median diameter d50 strictly less than 500 ⁇ m, and preferably less than or equal to 300 pm.
  • the inventors have, unexpectedly, succeeded in manufacturing a powder comprising particles of a composition in which at least one flexible thermoplastic polymer is dispersed in a matrix comprising at least one polyaryletherketone, which had never been possible previously by the various grinding techniques usually used.
  • melt spraying process could be implemented without particular difficulty with a mixture of polymers to obtain particles consisting of a dispersion of one polymer in the other.
  • the flexible thermoplastic polymer can have an elastic modulus less than or equal to 1.5 GPa, as measured at 23° C. according to ISO 527-1:2019, on a type 1 BA test specimen obtained by injection-moulding.
  • the flexible thermoplastic polymer(s) may be chosen from the list consisting of: a linear polyene, a polysiloxane, a polysiloxane block copolymer, a fluorinated elastomer comprising at least one repeating unit derived from: tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, vinylidene fluoride and chlorotrifluoroethylene, and the mixture of these polymers.
  • the sequenced copolymer with polysiloxane blocks can in particular be a copolymer in which the polysiloxane blocks are mono- or di-substituted by preferentially C1 to C12 alkyl groups, and/or phenyl groups substituted or not by one or more functional groups; and the blocks of units different from the polysiloxanes can preferably be polyetherimide, polyaryletherketone, polyarylethersulfone, poly(phenylene sulphide), polyarylamideimide, polyphenylene, polybenzimidazole and/or polycarbonate blocks.
  • the flexible thermoplastic polymer(s) may (may) represent in total from 5% to 40%, and preferably from 7% to 25%, by weight relative to the total weight of flexible thermoplastic polymer(s) and polyaryletherketone(s) of the composition.
  • the total weight of polyaryletherketone(s) and flexible thermoplastic polymer(s) may represent at least 85%, or at least 90%, or at least 92.5%, or at least 95 %, or at least 97.5%, or at least 98%, or at least 98.5%, or at least 99% or at least 99.5%, or 100%, relative to the total weight of composition.
  • the composition may consist of: a polyaryletherketone, a flexible thermoplastic polymer, optionally a polymer other than the polyaryletherketone and the flexible thermoplastic polymer miscible with the polyaryletherketone, and optionally one or more functional additives.
  • the particles of the powder may have a volume-weighted particle size distribution, as measured by laser diffraction, according to the ISO 13320:2009 standard, with a median diameter d50 ranging from 40 to 140 micrometers, preferably ranging from from 50 to 120 micrometers, and more preferably ranging from 60 to 110 micrometers.
  • the powder may have a particularly advantageous packed density and/or flowability.
  • the powder in particular when the method is implemented without an additional heat treatment step, may be in amorphous form.
  • the powder in particular when the method is implemented with at least one heat treatment step, the powder may be in crystallized form.
  • It may in particular have a degree of crystallinity greater than or equal to 10%, and preferably greater than or equal to 15%, and more preferably greater than or equal to 15%, by weight relative to the total weight of polymers in the composition, as measured by X-ray diffraction.
  • said at least one polyaryletherketone is a polyetherketoneketone, preferably essentially consisting of, and more preferably consisting of: a terephthalic unit and, where appropriate, an isophthalic unit, the terephthalic unit (T) having the formula chemical: the isophthalic unit (I) having the chemical formula: with a T:l molar ratio ranging from 0:100 to 85:15.
  • the invention also relates to the use of such a powder in a process for constructing layer-to-layer objects by sintering caused by electromagnetic radiation, in a process for coating from powder, molding by powder compression or powder compression-transfer molding.
  • the invention finally relates to an object based on polyaryletherketone(s) obtained by one of the aforementioned manufacturing processes, that is to say processes requiring the use of material in powder form.
  • the invention relates in particular to an object obtained from a process for constructing layer-to-layer objects by sintering caused by electromagnetic radiation.
  • the object according to the invention has mechanical properties which could not be obtained before, those skilled in the art not having been able to implement to date a powder comprising at least one flexible thermoplastic polymer dispersed in a matrix of polyaryletherketone(s).
  • the object may have an elastic modulus strictly less than 4 GPa, as measured on a type 1 BA test piece at 23° C. according to standard ISO 527-1:2019.
  • the object may have a Charpy impact strength greater than or equal to 5 kJ/m 2 , preferentially greater than or equal to 6 kJ/m 2 , preferentially greater than or equal to 7 kJ/m 2 , preferentially greater or equal to 8 kJ/m 2 , and extremely preferably greater than or equal to 9 kJ/m 2 , for a type A notched bar according to standard ISO 179:2010.
  • Figure 1 schematically represents a device making it possible to implement a method for constructing a three-dimensional object layer-by-layer by sintering in which the powder according to the invention can be used.
  • Figure 2 schematically represents a melt spray device.
  • thermoplastic polymer is understood to denote a polymer which becomes less viscous, or more liquid, or liquid when it is sufficiently heated and which reversibly retains its thermoplasticity.
  • Thermoplastic polymers are generally contrasted with thermosetting polymers which are transformed irreversibly into an insoluble and non-heat-formable polymer network.
  • homopolymer is understood to denote a polymer consisting of a single repeating unit.
  • copolymer is understood to denote a polymer resulting from the copolymerization of at least two types of chemically different monomers, called comonomers.
  • a copolymer is therefore formed from at least two repeating units derived from different monomers. It can also be formed from three or more repeating units derived from different monomers.
  • the copolymer can be of homogeneous structure, in particular of the random, alternating or random type, or of heterogeneous structure, in particular of the block type.
  • block copolymer or “block copolymer” is understood to denote copolymers in the aforementioned sense, in which at least two distinct homopolymer blocks are covalently bonded.
  • the length of the blocks can be variable.
  • Blocks can be composed of 1 to 1000, preferably 1 to 100, and especially 1 to 50 repeat units, respectively.
  • the link between the two blocks of homopolymers can be: a single covalent bond or an intermediate non-repetitive unit called a junction block.
  • unit(s) means that the unit(s) represent(s) a molar proportion of 95% to 99.9% relative to the total number of moles of the repeating units in the polymer.
  • unit(s) means that the unit(s) represent(s) a molar proportion of at least 99.9%, in particular 100%, in the polymer with respect to the number of total moles of repeating units in the polymer.
  • blend of polymers is understood to denote a composition of macroscopically homogeneous polymers.
  • the term encompasses in particular such compositions composed of phases which are immiscible with each other and dispersed on a micrometric or submicron scale.
  • the term “dispersion” is understood to denote a composition comprising several phases.
  • the polyaryletherketone forms the continuous phase, or matrix
  • the flexible thermoplastic polymer the dispersed phase, generally in the form of nodules.
  • the nodules preferably have an average size less than or equal to 5 micrometers and more preferably still less than or equal to 2 micrometers.
  • the size of the flexible thermoplastic polymer nodules within the composition, in particular within the matrix based on polyaryletherketone(s) is evaluated by microscopic analysis and digital processing of a cross section of an object that can be manufactured by a process using powder, in particular a process for constructing layer-to-layer objects by sintering caused by electromagnetic radiation(s). A scanning electron microscope (SEM) can be used. The image obtained can be binarized, which makes it possible to determine the average size and the maximum size of the nodules.
  • SEM scanning electron microscope
  • melting temperature means the temperature at which an at least partially crystalline polymer changes to the viscous liquid state, as measured by differential scanning calorimetry (DSC) according to standard NF EN ISO 11 357-3: 2018 in second heating, using a heating rate of 20°C/min.
  • glass transition temperature is understood to denote the temperature at which an at least partially amorphous polymer changes from a rubbery state to a glassy state, or vice versa, as measured by differential scanning calorimetry (DSC) according to the standard NF EN ISO 11 357- 2:2020 in second heating, using a heating rate of 20°C/min.
  • crystallinity rate means the crystallinity rate as calculated from wide-angle X-ray scattering measurements (WAXS), on a Nano-inXider® type device with the following conditions:
  • a spectrum of the scattered intensity as a function of the diffraction angle is thus obtained.
  • This spectrum makes it possible to identify the presence of crystals, when peaks are visible on the spectrum in addition to the amorphous halo.
  • the proportion (mass) in crystalline phase is estimated by the ratio (A)/(A+AH).
  • the crystallinity levels in the present invention are expressed as a mass proportion of crystalline polymer(s) relative to the total weight of polymers of the composition.
  • amorphous is understood to mean that the composition has a degree of crystallinity of 7% or less, preferably of 5% or less, and extremely preferably of 3% or less. According to certain embodiments, the “amorphous” composition can have a crystallinity rate of approximately 0%.
  • crystallinity is understood to mean the viscosity as measured at 380° C. and at 1 Hz under an inert atmosphere (N2), by means of an oscillatory rheometer “Anton Paar, MCR 302”, in plane/plane geometry.
  • the elastic modulus is here expressed in gigapascals (GPa).
  • the slope is preferably measured by a linear regression method.
  • the elastic modulus is here determined by a mechanical tensile stress, it would not be departing from the invention if the measurement were made from other types of stress, for example in bending or in compression.
  • the elastic modules are often available on the supplier's product sheets.
  • measurements of elastic modulus in tension can be implemented at 23°C, on a type 1 BA specimen with a crosshead speed of 1 mm/min.
  • the effective measurement of the elastic modulus corresponds to the average of five tests carried out consecutively. These tests can for example be implemented using an MTS 810® device, marketed by the company MTS Systems Corporation, equipped with a mechanical extensometer.
  • the type 1 BA specimens are manufactured by injection-molding according to the standard ASTM D3641-15.
  • the injection/molding conditions are chosen according to one of the following criteria to be considered in the order indicated: conditions imposed by a standard related to the material, indications given by the supplier, or failing that, the best available information concerning the polymer or a related polymer.
  • type 1 BA specimens are manufactured using said process.
  • type 1 BA specimens can be manufactured by a process of building objects layer-by-layer by sintering caused by electromagnetic radiation(s).
  • binder means a fractionated state of matter, generally in the form of very small particles, generally of the order of a hundred micrometers or less.
  • binder means a composition which is as a whole in the form of a powder.
  • the particle size distribution can be measured by laser diffraction according to the ISO 13320:2009 standard, for example on a Malvern Mastersizer 2000® diffractometer.
  • the rules for representing the results of a particle size distribution are given by the ISO 9276-parts 1 to 6 standard.
  • particle diameters, weighted by volume equal to 50%.
  • d10 and d90 respectively mean the corresponding diameters so that the cumulative function of the diameters of the particles, weighted by volume, is equal to 10%, and respectively, to 90%.
  • Powder density means the powder density value measured according to the ISO 1068:1975 standard. It can be measured on a STAV 2003 settling volumenometer equipped with a 250ml test tube after 2500 pulses. It is expressed in kilograms per cubic meter (kg/m 3 ).
  • flowability is understood to denote the ability of a powder to flow freely in a regular and constant manner in the form of individual particles.
  • the flowability is here measured according to the so-called “A” method of the ISO 6186:1998 standard, with a funnel having an opening with a diameter equal to 25 mm, through which the pulverulent composition can flow. No agents antistatic is not otherwise added to the composition. Castability is measured in seconds (s).
  • Charpy impact strength means the impact strength of bars of dimension 80*10*4 mm 3 type A notched, as measured according to standard ISO 179: 2010. The effective measurement corresponds to the average of 3 tests carried out consecutively.
  • a notch V-shaped with a notch bottom radius of 0.25 +/- 0.05 mm
  • Automatic Notchvis Plus marketed by the company Ceast. The bars are then left to rest for 24 hours. Impact resistance measurement can be performed on a Zwick 5102 impact testing machine.
  • composition constituents such as the polyaryletherketone or the flexible thermoplastic polymer, or to a property of these constituents, signify by default “at least one” and “said at least one” respectively.
  • the singular forms nevertheless include, without it being necessary to recall it each time, the embodiments where "one” means “only one” and “the” means “the only one”.
  • a polyaryletherketone comprises the units of the following formulas: (-Ar-X-) and (-An-Y-), in which:
  • - Ar and An can be chosen, preferably, from 1,3-phenylene, 1,4-phenylene, divalent 1,1'-biphenylene in 3,3' positions, divalent 1,1'-biphenyl in positions 3,4', 1,4-naphthylene, 1,5-naphthylene and 2,6-naphthylene;
  • - X denotes an electron-withdrawing group; it can be chosen, preferably, from the carbonyl group and the sulfonyl group, - Y denotes a group chosen from an oxygen atom, a sulfur atom, an alkylene group, such as -(CH)2- and isopropylidene.
  • At least 50%, preferably at least 70% and more particularly, at least 80% of the X groups are a carbonyl group, and at least 50%, preferably at least 70% and more particularly at least 80% of the Y groups represent an oxygen atom.
  • 100% of the X groups denote a carbonyl group and 100% of the Y groups represent an oxygen atom.
  • the PAEK(s) can be chosen from:
  • PEKK a poly-ether-ketone-ketone, also called PEKK;
  • a PEKK comprises unit(s) of formula: -Ph-O-Ph-C(O)-Ph-C(O)-;
  • a poly-ether-ether-ketone also called PEEK
  • a PEEK comprises unit(s) of formula: -Ph-O-Ph-O-Ph-C(O)-;
  • a PEK comprises unit(s) of formula: -Ph-O-Ph-C(O)-;
  • a PEEKK comprises unit(s) of formula: -Ph-O-Ph-O-Ph-C(O)-Ph-C(O)-;
  • PEEEK a poly-ether-ether-ether-ketone, also called PEEEK;
  • a PEEEK comprises unit(s) of formula: -Ph-O-Ph-O-Ph-O-Ph-C(O)-;
  • a PEDEK comprises unit(s) of formula: a PEDEK comprises unit(s) of formula -Ph-O-Ph-Ph-O-Ph-C(O)-;
  • Ph represents a phenylene group and -C(O)- a carbonyl group, each of the phenylenes being able independently to be of ortho type (1 -2), meta (1 -3 ) or para (1 -4), preferably being of the meta or para type.
  • the polyaryletherketone is a copolymer
  • the latter has a homogeneous structure, in particular of the random type.
  • the PAEK is a polyetherketoneketone essentially consisting of, and preferably consisting of: a terephthalic repeating unit and, where appropriate, an isophthalic repeating unit, the terephthalic repeating unit (“T unit”) having as formula : the isophthalic unit (“unit I”) having the formula:
  • the mass proportion of T units relative to the sum of the T and I units can vary from 0% to 85%.
  • the mass proportion of T units with respect to the sum of the T and I units may in particular be from 0% to 5%; or 5 to 10%; or 10 to 15%; or 15 to 20%; or 15 to 20%; or 20 to 25%; or 25 to 30%; or 30 to 35%; or 35 to 40%; or 40 to 45%; or 45 to 50%; or 50 to 55%; or 55 to 60%; or 60 to 65%; or from 65 to 70%, or from 70 to 75%, or from 75% to 80%, or from 80% to 85%.
  • T units in relation to the sum of the T and I units are one of the factors which makes it possible to adjust the crystallization rate properties of poly-ether-ketone-ketones.
  • a given molar proportion of T units relative to the sum of the T and I units can be obtained by adjusting the respective concentrations of the reactants during the polymerization, in a manner known per se.
  • the mass proportion of T units relative to the sum of the T and I units is preferably from 0% to 25 % or 45% to 75%, and more preferably 0% to 15% or 55% to 65%.
  • the mass proportion of units T by relative to the sum of the T and I units may in particular be approximately 0% or approximately 60%.
  • Such polyaryletherketones are commercially available under the name Kepstan® from Arkema.
  • the PAEK can be a homopolymer essentially consisting, or even consisting, of a repeating unit having the formula:
  • Such polyaryletherketones are commercially available under the name KetaSpire® from the company Solvay, under the name VestaKeep® from the company Evonik and PEEK Victrex® from the company Victrex.
  • the PAEK may be a copolymer essentially consisting, or even consisting, of a repeating unit having the formula (III) and a repeating unit having the formula:
  • the molar proportion of unit (III) relative to the sum of units (III) and (IV) can range from 0% to 99%, preferably from 0% to 95%.
  • the PAEK may be a copolymer essentially consisting, or even consisting, of a repeating unit having the formula (III) and a repeating unit having the formula:
  • the molar proportion of unit (III) relative to the sum of units (III) and (V) can range from 0% to 99%, preferably from 0% to 95%.
  • the melting point of PAEK is preferably above 280°C, and very particularly above 300°C.
  • the glass transition temperature of PAEK is preferably between 100 and 250°C, preferably between 120 and 200°C, and very particularly between 140 and 180°C.
  • the PAEK has a viscosity, measured at 380° C. and 1 Hz, greater than 100 Pa s, preferably greater than 200 Pa s and even more preferably greater than 300 Pa s.
  • the viscosity of PAEK is usually not more than 1500 Pa.s.
  • the viscosity of the PAEK can in particular be from 300 Pa s to 600 Pa s, or from 600 Pa s to 800 Pa s, or from 800 Pa s to 1000 Pa s, or from 1000 Pa s to 1200 Pa s, or from 1200 Pa s at 1500 Pa s.
  • the composition comprises at least two PAEKs.
  • the composition may in particular comprise a copolymer consisting essentially of units consisting essentially of, or consisting of repeating units of formulas (I) and (II), or (III) and (IV) or even (III) and (V) which represents more than 50%, preferably more than 60%, in particular more than 70%, more preferably more than 80% and in particular more than 90% by weight of the polyaryletherketone component, limit included.
  • the remaining 10 to 50% by weight can be made up of other polymers belonging to the PAEK family, for example the homopolymer made up of the repeating unit (III).
  • the composition comprises a single type of PAEK.
  • Thermoplastic polymer providing ductility to the composition
  • thermoplastic polymer providing ductility to the composition is not a polyaryletherketone. It has an elastic modulus twice lower than that of polyaryletherketone. According to preferred embodiments, the elastic modulus of the flexible thermoplastic polymer can be less than or equal to 1.5 GPa. The low value of the elastic modulus has no limit other than that imposed by the very chemical nature of the thermoplastic polymer used. For thermoplastic polymers currently available on the market, the elastic modulus value is generally not less than 10 MPa.
  • the elastic modulus of the flexible thermoplastic polymer can be less than or equal to 1 GPa, or even less than or equal to 750 MPa.
  • the elastic modulus of the flexible thermoplastic polymer can be greater than or equal to 50 MPa, or even less than or equal to 250 MPa.
  • the elastic modulus of the flexible thermoplastic polymer can be from 50 MPa to 1000 MPa, or from 250 MPa to 750 MPa.
  • the flexible thermoplastic polymer can be chosen from the list consisting of: a linear polyene, a polysiloxane, a polysiloxane block copolymer, a fluorinated elastomer comprising at least one repeating unit derived from tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, fluoride of vinylidene and chlorotrifluoroethylene, and their mixture.
  • said at least one flexible thermoplastic polymer may represent from 5% to 45% by weight relative to the total weight of said flexible thermoplastic polymer(s) and polyaryletherketone(s) of the composition.
  • Said at least one flexible thermoplastic polymer may in particular represent from 5% to 10%, or from 10% to 15%, or from 15% to 20%, or from 20% to 25%, or from 25% to 30%, or from 30% to 35%, or from 35% to 40%, or from 40% to 45% by weight relative to the total weight of said flexible thermoplastic polymer(s) and polyaryletherketone(s) of the composition .
  • said at least one thermoplastic polymer can represent from 7% to 25% by weight relative to the total weight said flexible thermoplastic polymer(s) and polyaryletherketone(s) of the composition.
  • the viscosity at 380° C. and at 1 Hz of the polyaryletherketone and that of the flexible thermoplastic polymer are sufficiently close so as to facilitate the dispersion of the flexible thermoplastic polymer in the polyaryletherketone matrix.
  • the maximum viscosity ratio between the polyaryletherketone and the flexible thermoplastic polymer is from 0.3 to 3. Preferably, this ratio is greater than or equal to 0.5. It may in particular be greater than or equal to 0.7.
  • this ratio is less than or equal to 2. It may in particular be less than or equal to 1.5.
  • the flexible thermoplastic polymer can be a linear polyene. It is preferably chosen from the list consisting of: poly(3-methyloctenylene), poly(3-methyldecenylene), or a copolymer consisting essentially, or consisting, of a repeating unit having the chemical formula:
  • linear polyene can in particular be chosen from the list consisting of polypentenylene, polyhexenylene, polyheptenylene, polyoctenylene, polynonenylene, polydecenylene, polyundecenylene, polydodecenylene, or their mixture. According to particular embodiments, the linear polyene is a polyoctenylene.
  • the linear polyene can represent from 5% to 45% by weight relative to the total weight of said flexible thermoplastic polymer(s) and polyaryletherketone(s) of the composition.
  • the linear polyene may in particular represent 25% or less, preferably 15% or less by weight relative to the total weight of said flexible thermoplastic polymer(s) and polyaryletherketone(s) of the composition.
  • the linear polyene is the only flexible thermoplastic polymer, it may in particular represent from 5% to 15% by weight relative to the total weight of said flexible thermoplastic polymer(s) and polyaryletherketone(s). ) of the composition.
  • the flexible thermoplastic polymer can be a fluorinated elastomer comprising at least one repeating unit derived from tetrafluoroethylene (TFE), hexafluoropropylene (HFP), vinylidene fluoride (VDF) and chlorotrifluoroethylene (CTFE).
  • TFE tetrafluoroethylene
  • HFP hexafluoropropylene
  • VDF vinylidene fluoride
  • CTFE chlorotrifluoroethylene
  • the fluorinated elastomer may be a copolymer essentially consisting of, or consisting of, repeating units derived from HFP and VDF or else a copolymer essentially consisting of, or consisting of a repeating unit derived from TFE and at least one repeating unit derived from propylene, HFP or even a perfluoro(alkyl vinyl ether).
  • the fluorinated elastomer may essentially consist of, and preferably consist of: a repeating unit derived from TFE and a repeating unit derived from the monomer of chemical formula:
  • CF 2 CF-R (VII), in which R represents: a CFs group or an ORi group, in which Ri is a C1-5 perfluoroalkyl.
  • the compound of formula (VII) can be chosen from the group consisting of hexafluoropropylene, perfluoro (methyl vinyl ether), perfluoro (ethyl vinyl ether), and perfluoro (propyl vinyl ether). More preferably, the compound of formula (VII) may be selected from the group consisting of hexafluoropropylene and perfluoro (propyl vinyl ether).
  • the units derived from TFE can represent from 80% to 99.5% mol with respect to the total number of moles of units derived from TFE and from the monomer of formula (VII).
  • the repeating unit derived from TFE may in particular represent more than 85 mol%, or more than 87 mol%, or more than 93 mol% relative to the total number of moles of units derived from TFE and from the monomer of formula (VII) .
  • the flexible thermoplastic polymer is a copolymer consisting essentially, or consisting, of repeating units derived from TFE and from HFP comprising from 7% to 15% mol of TFE relative to the total number of moles of the units from TFE and HFP.
  • fluoropolymers commercially available are the polymers of the NEOFLONTM FEP range marketed by the company DAIKIN, or of the Teflon® FEP range marketed by the company Dupont, or else of the 3MTM DyneonTM Fluoroplastic FEP range marketed by the 3M company.
  • the fluorinated elastomer can represent from 10% to 40%, and preferably from 15% to 25% by weight relative to the total weight of said flexible thermoplastic polymer(s) and polyaryletherketone(s) of the composition.
  • thermoplastic polymer may be a polysiloxane block copolymer.
  • the polysiloxane blocks can be mono- or di-substituted by C1 to C12 alkyl groups, preferably by C1 to C6, and very particularly by C1 to C4 and/or phenyl groups.
  • the alkyl groups are methyl groups.
  • the polysiloxane units present in the polysiloxane block copolymer are poly(dimethylsiloxane) (PDMS) units.
  • the alkyl or phenyl groups of the polysiloxane block can also be substituted by one or more functional groups such as epoxy, alkoxy, in particular methoxy, amine, ketone, thioether, halogen, nitrile, nitro, sulfone, phosphoryl, imino or thioester. These functional groups can also be located at the end of the polysiloxane block block copolymer chain. Preferably however, the polysiloxane block has no functional groups. Furthermore, the alkyl or phenyl groups of the polysiloxane block can be substituted by one or more carbocyclic, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, bicyclic or tricyclic groups.
  • the sequenced copolymer with polysiloxane blocks also comprises blocks of different units from the polysiloxanes. They may in particular be polyetherimide, poly(aryletherketone), poly(arylethersulfone), poly(phenylene sulfide), poly(arylamideimide), poly(phenylene), poly(benzimidazole) and/or polycarbonate blocks.
  • the polysiloxane block block copolymer further comprises polyaryletherketone or polyetherimide blocks.
  • the advantage of these blocks is that they are highly compatible with the polyaryletherketone(s) of the composition and therefore allow the incorporation of a high quantity of flexible thermoplastic polymer into the composition.
  • the polyaryletherketone blocks can be chosen from the same list as that of the polyaryletherketones used as a constituent of the composition. According to advantageous embodiments, the polyaryletherketone blocks may have the same chemical composition as that of the polyaryletherketones used as constituent of the composition.
  • the polyetherimide blocks comprise, consist essentially of, or consist of a repeating unit having the chemical formula: in which A represents: -O- or a group of Formula -OZO-, where the divalent groups -O- and -OZO- are in position 3,3', 3,4' or 4,4' of the benzene radicals to which they are linked, and where Z can be chosen from the list consisting of: wherein Q is a divalent group selected from the group consisting of: -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, -C y H2y- (y being an integer between 0 and 20) and halogenated derivatives thereof; in which B represents an aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 carbon atoms or one of its halogenated derivatives, a linear or branched chain alkylene having 2 to 20 carbon atoms, a cycloalkylene having 3 to 20 carbon atoms, or a divalent group of
  • the polysiloxane block copolymer may have a siloxane content of 10 to 70 wt%, preferably 15 to 60 wt%, and more preferably 20 to 50 wt% based on the weight of the copolymer.
  • the polysiloxane block block copolymer can represent from 5% to 20%, and preferably from 7% to 15% by weight relative to the total weight of said at least one thermoplastic and at least one polyaryletherketone of the composition.
  • Such polysiloxane block copolymers are commercially available.
  • the Sabic company sells PEI-PDMS block copolymers under the name of Siltem®.
  • the company Idemitsu Kosan sells a polycarbonate-PDMS copolymer under the name of Tarflon® Neo.
  • the flexible thermoplastic polymer can be a polysiloxane.
  • the polysiloxane may be mono- or di-substituted with C1-C12, preferably C1-C6, and most preferably C1-C4 alkyl groups, and/or phenyl groups.
  • the alkyl groups are methyl groups.
  • the alkyl or phenyl groups of the polysiloxane can be substituted by one or more functional groups such as epoxy, alkoxy, in particular methoxy, amine, ketone, thioether, halogen, nitrile, nitro, sulfone, phosphoryl, imino or thioester.
  • the polysiloxane does not contain functional groups.
  • the alkyl or phenyl groups of the polysiloxane can be substituted by one or more carbocyclic, aryl, heteroaryl, alkyl, alkenyl, bicyclic or tricyclic groups.
  • the polysiloxane can be a poly(dimethylsiloxane) (PDMS).
  • PDMS poly(dimethylsiloxane)
  • the polysiloxane can represent from 1% to 25% by weight relative to the total weight of said flexible thermoplastic polymer(s) and polyaryletherketone(s) of the composition.
  • the polysiloxane can represent 2% or more, or 3% or more, or 4% or more, or 5% or more by weight relative to the total weight of said flexible thermoplastic polymer(s). s) and polyaryletherketone(s) of the composition. Since the polysiloxane has very low compatibility with polyaryletherketones, it may represent 20% or less, preferably 15% or less and more preferably 13% or less by weight relative to the total weight of said flexible thermoplastic polymer(s). s) and polyaryletherketone(s) of the composition.
  • said at least one flexible thermoplastic polymer of the composition is a mixture of a block copolymer with polysiloxane blocks, in particular a block copolymer further comprising polyaryletherketone or polyetherimide blocks, and of a polysiloxane.
  • the composition may comprise at least 85%, or at least 90%, or at least 92.5%, or at least 95%, or at least 97.5%, or at least 98%, or at least 98.5 %, or at least 99% or at least 99.5%, or 100% by total weight of polyaryletherketone(s) and flexible thermoplastic polymer(s).
  • the composition preferably does not comprise any reinforcing filler, and in particular no fibres. Indeed, the reinforcing fillers generally have the effect of making the material less ductile.
  • the composition may comprise, in addition to the polyaryletherketone and the flexible thermoplastic polymer, another polymer miscible with the polyaryletherketone.
  • This other polymer miscible with polyaryletherketone is therefore integrated into the matrix in which the flexible thermoplastic polymer is dispersed. In other words, it does not form nodules additional to the nodules of flexible thermoplastic polymer(s).
  • composition may also optionally comprise minor amounts, in particular less than 5% by weight relative to the weight of the composition, of functional additives. Mention may be made as such, for example, of antioxidants, stabilizers in the molten state and/or in the solid state, conductive and/or antistatic agents, flame retardants, dyes as well as reactive agents such as carbonates alkaline.
  • the composition may consist of: a polyaryletherketone, a flexible thermoplastic polymer, optionally a polymer other than the polyaryletherketone and the flexible thermoplastic polymer miscible with the polyaryletherketone, and optionally one or more functional additives.
  • the composition may consist of polyaryletherketone(s) and flexible thermoplastic polymer(s). It may in particular consist of a single polyaryletherketone and a single flexible thermoplastic polymer.
  • the powder according to the invention comprises particles of composition, several embodiments of which have been described above.
  • the powder does not include other particles of different chemical composition.
  • the powder therefore preferably consists of a composition as described above comprising at least one polyaryletherketone and at least one flexible thermoplastic polymer.
  • the particles can have a volume-weighted particle size distribution, as measured by laser diffraction, according to ISO 13320:2009, with a median diameter d50 ranging from 40 to 140 micrometers.
  • the median diameter d50 can be from 50 to 120 micrometers. Even more preferably, the median diameter d50 can be from 60 to 110 micrometers.
  • d10 can be greater than or equal to 15 micrometers, or greater than or equal to 30 micrometers.
  • d90 can be less than or equal to 300, and preferably less than or equal to 240 micrometers.
  • the value of d90 can according to certain embodiments be less than or equal to 180 micrometers.
  • the particle size distribution of the powder can be such that: d10>15 pm, 60 pm ⁇ d50 ⁇ 110 pm, and d90 ⁇ 240 pm.
  • the particle size distribution of the powder can be such that: d10>30 ⁇ m , 80 ⁇ m ⁇ d50 ⁇ 100 ⁇ m, and d90 ⁇ 180 ⁇ m.
  • the powder does not include a flow agent.
  • it can exhibit a flowability of less than or equal to 10 seconds, preferably less than or equal to 7 seconds, and extremely preferably less than or equal to 5 seconds.
  • the powder has a packed density greater than or equal to 500 kg/m 3 .
  • Such powders used in object manufacturing processes have a density which approaches the desired density for the objects to be manufactured. This allows less air from the powder to be evacuate during the manufacturing process of an object, and therefore to obtain more easily objects having a low porosity.
  • the powder is an amorphous powder.
  • the powder is crystallized, at least in part.
  • the powder may in particular have a degree of crystallinity greater than or equal to 10%, preferably greater than or equal to 15%, and more preferably greater than or equal to 18%, by weight relative to the total weight of polymers, as measured by X-ray diffraction.
  • the powders according to the invention can be used in many applications, including the applications listed non-exhaustively below.
  • the device 1 for laser sintering comprises a sintering enclosure 10 in which are arranged a supply tray 40 containing a powder to be sintered, a horizontal plate 30 making it possible to support the three-dimensional object 80 under construction and a laser 20.
  • the powder is taken from the supply tray 40 and deposited on the horizontal plate 30, forming a thin layer 50 of powder constituting the three-dimensional object 80 under construction.
  • a roller compactor/scraper (not shown) makes it possible to ensure good uniformity of the layer of powder 50.
  • the layer of powder 50 under construction, is heated using infrared radiation 100 to reach a temperature that is substantially uniform and equal at a predetermined construction temperature Te.
  • Te is generally about 20°C lower than the melting temperature of the powder, as measured by DSC in the first heating with a temperature ramp equal to 20°C/min. In some cases you may even be lower.
  • the energy required to sinter the powder particles at different points of the powder layer 50 is then supplied by laser radiation 200 from the laser 20 moving in the (xy) plane, according to a geometry corresponding to that of the object.
  • the molten powder re-solidifies forming a sintered portion 55 while the rest of the layer 50 remains as unsintered powder 56.
  • the horizontal plate 30 is lowered along the axis (z) by a distance corresponding to the thickness of a layer of powder, and a new layer is deposited.
  • the laser 20 provides the energy needed to sinter the powder particles according to a geometry corresponding to this new slice of the object and so on. The procedure is repeated until the object 80 has been manufactured. Once the object 80 is finished, it is removed from the horizontal plate 30 and the unsintered powder 56 can be sieved before being returned, if necessary, in the supply tray 40 to serve as recycled powder.
  • the powders according to the invention can also be used in surface coating processes, in particular metal surfaces. Different processes can be used to obtain a coating on a metal part. Mention may be made of dipping in the fluidized bed for which the metal part is heated and then dipped in the fluidized powder bed. It is also possible to carry out a so-called electrostatic powder coating (powdered powder on a metal part connected to the ground), in this case a post heat treatment is carried out to produce the coating. An alternative is to carry out the powder coating on a previously heated part, which makes it possible to eliminate the heat treatment after powder coating. Finally, it is possible to carry out a flame powder coating, in this case the powder is sprayed molten on a possibly preheated metal part.
  • the powders according to the invention can also be used in powder compression processes. These processes are generally used to produce thick parts. In these processes, the powder is first loaded into a mold, then compacted and finally melted to produce the part. Finally, a adapted cooling, often quite slow, is carried out in order to limit the presence of internal stresses in the part.
  • the objects obtained by these processes have properties that could not be obtained until then due to the impossibility of manufacturing powders comprising at least one flexible thermoplastic polymer dispersed in a matrix of PAEK(s).
  • An object obtained by one of the aforementioned processes may in particular have an elastic modulus strictly less than 4 GPa, as measured on a type 1 BA specimen at 23°C according to ISO 527-1:2019.
  • An object obtained by one of the aforementioned processes can have a Charpy impact resistance greater than or equal to 5 kJ/m 2 , preferably greater than or equal to 6 kJ/m 2 , preferably greater than or equal to 7 kJ/m 2 , preferably greater than or equal to 8 kJ/m 2 , and extremely preferably greater than or equal to 9 kJ/m 2 , on a type “A” notched bar according to ISO 179:2010.
  • a process for manufacturing a powder according to the invention comprises:
  • melt spraying and cooling steps are known per se for a composition being a pure polymer. They allow to obtain of a micropowder of said polymer. Such a process has for example been described in patent application EP0945173.
  • the device 2 for spraying in the molten state comprises means 3 for supplying a composition in the molten state to spray nozzles 4 arranged in the upper part of the device.
  • the spray nozzles 4 spray the composition in the molten state in the form of fine jets which, while falling, separate into micro-droplets 5.
  • the droplets in the molten state are cooled during their fall so as to solidify.
  • a cryogas for example liquid nitrogen or liquid carbon dioxide, can be blown in gaseous form inside the device using power supplies. 6 arranged on the side walls of the device. A solid micropowder 7 is thus obtained in the lower part of the device.
  • the melt blend can be obtained by any method known in the art.
  • the composition can for example be supplied in the form of granules of PAEK in which the flexible thermoplastic polymer has been dispersed.
  • each component can be supplied separately and the melt composition can be fabricated in-situ by any known melt mixing device suitable for the preparation of thermoplastics.
  • Suitable melt-mixing apparatus are, for example, kneaders, Banbury mixers, single-screw extruders and twin-screw extruders.
  • the powder obtained by the spraying process is generally amorphous or quasi-amorphous due to the very rapid cooling of the droplets of molten composition.
  • the amorphous powder can, if necessary, undergo one or more heat treatment steps.
  • a (first) heat treatment step can be implemented above the glass transition temperature Tg and below the melting temperature of the polyaryletherketone of the composition so as to cause crystallization of the composition.
  • a second heat treatment can be implemented so as to standardize the crystalline phases of the composition.
  • Such a heat-treated powder is in particular suitable for use in a method for constructing layer-to-layer objects by sintering caused by electromagnetic radiation(s).
  • the heat treatment can be carried out at a temperature of 160° C. to 300° C., preferably from 180° C. to 290° C., and more preferably from 190°C to 250°C for a time sufficient to obtain the desired crystallinity.
  • PEKK can crystallize in two crystalline forms, called “form I” and “form II”.
  • a second heat treatment can advantageously be implemented so as to obtain a powder essentially containing form I PEKK crystals.
  • the temperature of the second heat treatment may in particular be from 230° C. to 300° C., and preferably from 260° C. to 295° C. °C.
  • the temperature of the second heat treatment may in particular be from 275°C to 290°C.
  • the temperature of the second heat treatment is generally higher than that of the first heat treatment.
  • a first heat treatment can in particular be implemented at a temperature of 160° C to 250°C and a second heat treatment at a temperature of 260°C to 300°C.
  • - KEPSTAN® of grade 6000 marketed by the company ARKEMA, is a polyetherketoneketone having a molar ratio T/l 60/40. This PEKK has a viscosity of 900 Pa.s at 380° C. and 1 Hz.
  • Five 1 BA specimens were prepared by injection on a Battenfeld press using the following parameters: feed 330° C.; Nozzle: 345°C; Mold 80°C. Under these molding conditions, the specimens were obtained in essentially amorphous form. The tensile modulus of elasticity was measured at 2.9 GPa according to standard 527-1:2019, at 23°C, with a crosshead speed of 1 mm/min.
  • NEOFLONTM NF101 marketed by Daikin, is a copolymer essentially made up of repeating TFE and HFP (FEP) units. This FEP copolymer has a viscosity of 1200 Pa.s at 380°C and 1 Hz. The supplier indicates that its NEOFLONTM FEP range, including NEOFLONTM NF101, has a tensile modulus of elasticity of 440 to 540 MPa (ASTM D 638).
  • SILTEM® 1500 sold by Sabic, is a polyetherimide-polydimethylsiloxane (PEI/PDMS) block copolymer.
  • PEI/PDMS polyetherimide-polydimethylsiloxane
  • SILTEM® 1500 has a mass proportion of 40% polydimethylsiloxane relative to the total weight of the polymer and has a viscosity of 800 Pa.s at 380°C and 1 Hz.
  • the supplier indicates that SILTEM® 1500 has a modulus of tensile elasticity of 590 MPa with a crosshead speed of 1 mm/min (ISO 527).
  • the PEKK was mixed with each of the flexible thermoplastic polymers and extruded using a ZSK Mc 18 twin-screw extruder, marketed by the company Coperion by introduction into the main hopper and extrusion at a temperature of 320° C.
  • the speed of rotation of the screws was 250 revolutions/minute for the PEKK and PEI/PDMS block copolymer mixture and 320 revolutions/minute for the PEKK and FEP mixture.
  • the granules thus obtained were pulverized in a device as shown in Figure 2 to obtain a solid powder. Two successive heat treatments were implemented. The powder was first treated at 185°C for 6 hours and then at 270°C for 3 hours.
  • a control powder #3c was also produced in order to compare it to the powders formulated in the examples according to the invention. It is made of PEKK and has been manufactured by a traditional process of grinding crystallized polymer flakes, followed by a densification step and a heat treatment step.
  • This powder qualified as “undensified”, was then subjected to a thermo-mechanical treatment in a rapid mixer of the Henschel type, with a speed at the end of the blade of the order of 43 m/s, for 60 minutes. A densified powder could thus be obtained.
  • the packed density of the densified powder is 440 kg/m 3 .
  • the densified powder was finally heat treated at 275° C. for 4 hours.
  • Type 1 BA specimens and bars with dimensions of 80*10*4 mm3 were printed in the xy plane using a P810 printer, marketed by the company EOS.
  • the construction temperature was set at 285° C. and the laser energy at 29 mJ/mm 2 .
  • Type 1 BA specimens were used to determine the tensile modulus of elasticity of objects manufactured by laser powder sintering, at 23° C., with a crosshead speed of 1 mm/min.
  • powders #1 and #2 made it possible to manufacture objects obtained by PEKK-based laser sintering and, having a lower elastic modulus and a higher impact resistance, compared to what it was possible to manufacture with powders according to the prior art (powder #3c).
  • Another comparative example Obtaining powder from PEKK granules obtained by compounding.
  • PEKK pellets approximately 2mm in size were extruded.
  • the granules were then heat-treated for 9 hours at 180°C, in order to increase their crystallinity and make them more brittle for the grinding step. They were finally ground in a Mikropull 2DH® cryogenic hammer mill cooled by liquid nitrogen, the mill being also equipped with a grid with 500 micron round holes.
  • the powder obtained has a d50 of 500 microns.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

L'invention concerne une poudre comprenant des particules constituées d'une composition comprenant au moins un polyaryléthercétone et au moins un polymère thermoplastique souple. Le module élastique du polymère thermoplastique souple est au moins deux fois inférieur à celui du polyaryléthercétone. Le polyaryléthercétone forme une matrice dans laquelle est dispersé le polymère thermoplastique souple. Les particules de poudre ont une distribution granulométrique pondérée par le volume avec un diamètre médian d50 strictement inférieur à 500 µm. L'invention concerne également un procédé de fabrication de la poudre ainsi que des utilisations de cette dernière et des objets en dérivant.

Description

Description
Titre de l’invention : Poudre à base de polyaryléthercétone(s) pour la fabrication d’objets ductiles.
Domaine technique
L'invention concerne le domaine des polyaryléthercétones.
Plus particulièrement, l'invention concerne une poudre à base de polyaryléthercétone(s) pour la fabrication d’objets ductiles, notamment pour la fabrication d’objets par un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par rayonnement(s) électromagnétique(s).
Art antérieur
Les polyaryléthercétones (PAEKs) sont des polymères techniques haute performance bien connus. Ils peuvent être utilisés pour des applications contraignantes en températures et/ou en contraintes mécaniques, voire chimiques. Ils peuvent également être utilisés pour des applications demandant une excellente résistance au feu et peu d’émission de fumées ou de gaz toxiques. Ils présentent enfin une bonne biocompatibilité. On retrouve ces polymères dans des domaines aussi variés que l’aéronautique et le spatial, les forages off-shore, l’automobile, le ferroviaire, la marine, l’éolien, le sport, le bâtiment, l’électronique ou encore les implants médicaux.
Nonobstant ces propriétés avantageuses, il est parfois nécessaire de formuler les polyaryléthercétones afin de répondre à des cahiers des charges spécifiques. Ainsi, on peut rechercher une plus grande souplesse permettant d’accommoder de nouveaux modes d’utilisation et mises en place des pièces, avec une possibilité de flexion plus importante. On peut rechercher notamment des formulations de polyaryléthercétones plus ductiles, c’est-à-dire présentant une plus grande déformation à rupture et/ou présentant un module élastique en traction/flexion plus faible et/ou une résistance au choc plus élevée, par rapport à un PAEK non-formulé. Il est par exemple connu de US 2009/0292073 des compositions constituées de polyétheréthercétone (PEEK) et de polyocténylène.
Il est aussi connu de US 2005/004326 A1 des compositions constituées de polyétheréthercétone (PEEK) et de polysiloxane.
Il est de plus connu de US 2010/0147548 A1 des compositions constituées d’un mélange de (PEEK) et de copolymère à blocs polysiloxane/polyétherimide. Plus précisément, des mélanges non-délaminants de PEEK et comprenant de 10% à 25% en poids de copolymère à blocs polysiloxane/polyétherimide, comprenant de 20% à 30% en poids de polysiloxane, ont pu être fabriqués (voir notamment tableau 2 du document de brevet).
Il est encore connu de EP 0 323 142 A1 , des compositions constituées d’un mélange de PEEK, de polyétherimide et de copolymère à blocs polysiloxane/polyétherimide.
Il est aussi connu de US 2019/0055390 A1 , des compositions constituées d’un mélange de PEEK et de : i) copolymère composé d’unités de répétition issues de tétrafluoroéthylène et de propylène ou ii) copolymère composé d’unités de répétition issues d’hexafluoropropylène et de vinylidène.
Il est enfin connu de EP 3 749 714 A1 , des compositions constituées d’un mélange de PEKK, d’un copolymère à blocs polysiloxane/polyétherimide et d’un polysiloxane. Bien que le document de brevet prévoie l’utilisation de cette composition sous forme de poudre, aucun mode de réalisation n’a été détaillé. Il est seulement indiqué qu’une telle poudre peut être obtenue selon un procédé standard de broyage. Or, comme expliqué ci-dessous, les procédés de broyage existants, qui s’avèrent déjà complexes à mettre en œuvre pour des compositions pures de polyaryléthercétone, se révèlent dans les faits impossibles à mettre en œuvre pour des compositions plus ductiles.
C’est notamment la raison pour laquelle aucun des brevets précités ne met en œuvre des moyens de production de poudre. Tous les mélanges sont obtenus par compoundage, méthode qui vise à obtenir un granulé homogène de la formulation choisie. Ces granulés sont ensuite utilisés pour la mise en forme de l’objet final par différents procédés, notamment l’extrusion ou l’injection.
Les méthodes communément utilisées pour fabriquer des poudres à base de polyaryléthercétone(s) sont des méthodes de broyage qui ont toute comme point commun de rendre le matériau à broyer suffisamment cassant pour pouvoir être broyé.
Il est par exemple connu de US2009280263 A1 de broyer des particules grossières de polyétheréthercétone en conditions cryogéniques. En effet, la diminution de température rend le matériau plus cassant. Ce procédé se révèle inefficace pour des granulés de composition ductile à base de polyaryléthercétone(s).
Il est aussi connu de EP2776224 de broyer à température ambiante des particules grossières de polyéthercétonecétone à partir de particules présentant une densité tassée suffisamment basse, et donc incidemment une porosité suffisamment élevée. Des granulés de composition ductile à base de polyaryléthercétone(s) ont une densité trop élevée pour pouvoir être utilisés dans le procédé de broyage à température ambiante. Par ailleurs, il n’est actuellement pas connu comment obtenir des particules grossières ayant une densité suffisamment basse de composition ductile à base de polyaryléthercétone(s).
Il est enfin connu de WO21069833 de broyer des particules grossières de polyéthercétonecétone comprenant une charge de type talc rendant ainsi les particules grossières plus cassantes. Néanmoins, l’ajout d’une telle charge a pour effet d’augmenter le module élastique de la composition et a donc un effet antagoniste à celui recherché dans la présente invention.
Ainsi, aucune des méthodes de broyage précitées n’est adaptée pour fournir des poudres fines, c’est-à-dire notamment des poudres ayant une distribution de tailles de particules, pondérée par le volume, avec un diamètre médian strictement inférieur à 500 .m, à partir de compositions ductiles à base de polyaryléthercétone(s).
Il existe néanmoins actuellement un besoin de fournir de telles poudres de composition ductile pour des procédés de fabrication d’articles utilisant des compositions sous forme pulvérulente. Un exemple de procédé, qui est particulièrement détaillé par la suite dans la présente demande, est un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par rayonnement(s) électromagnétique(s). D’autres exemples de procédés nécessitant une composition pulvérulente sont le revêtement, par exemple de métaux, à partir d’une poudre, le moulage par compression de poudre ou encore le moulage par compression-transfert de poudre.
Objectifs
L’invention a pour objectif de proposer un procédé d’obtention d’une poudre fine de composition ductile à base de polyaryléthercétone(s), ainsi que la poudre en tant que telle, cette dernière n’ayant jamais pu être mise en œuvre dans l’art antérieur.
L’invention a aussi pour objectif, au moins selon certains modes de réalisation, de proposer une poudre et son procédé de fabrication, la poudre étant adaptée pour une utilisation dans un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par rayonnement(s) électromagnétique(s).
L’invention a aussi pour objectif, au moins selon certains modes de réalisation, de proposer une poudre et son procédé de fabrication, la poudre étant adaptée pour une utilisation dans un procédé de revêtement à partir d’une poudre, de moulage par compression de poudre ou encore de moulage par compression- transfert de poudre.
L’invention a encore pour objectif, au moins selon certains modes de réalisation, de fournir une poudre ayant une densité élevée.
L’invention a également pour objectif, au moins selon certains modes de réalisation, de fournir une poudre ayant une bonne coulabilité.
L’invention a aussi pour objectif, au moins selon certains modes de réalisation, de fournir une poudre cristallisée au moins partiellement.
Pour finir, l’invention a pour objectif de fournir un objet ayant une meilleure ductilité et/ou une meilleure résistance aux chocs, par rapport aux objets obtenus à partir de polyaryléthercétone(s) non-formulés, notamment à partir de polyaryléthercétone(s) seul(s).
Résumé de l'invention
L’invention concerne une poudre comprenant des particules constituées d’une composition comprenant au moins un polyaryléthercétone et au moins un polymère thermoplastique souple n’étant pas un polyaryléthercétone. Le module élastique dudit au moins un polymère thermoplastique souple est au moins deux fois inférieur à celui dudit au moins un polyaryléthercétone, tel que mesuré selon la norme ISO 527-2 : 2012, à 23°C, sur une éprouvette de type 1 BA obtenue par injection-moulage, avec une vitesse de traverse de 1 mm/min. Ledit polyaryléthercétone formant une matrice dans laquelle est dispersé ledit polymère thermoplastique souple. Enfin, les particules constituées de la composition décrite ci-dessus ont une distribution granulométrique pondérée par le volume, telle que mesurée par diffraction laser, selon la norme ISO 13320 :2009, avec un diamètre médian d50 strictement inférieur à 500 pm, et de préférence inférieur ou égal à 300 pm.
Les inventeurs ont, de manière inattendue, réussi à fabriquer une poudre comprenant des particules d’une composition dans laquelle au moins un polymère thermoplastique souple est dispersé dans une matrice comprenant au moins un polyaryléthercétone, ce qui n’avait jamais pu être mis en œuvre auparavant par les différentes techniques de broyage usuellement utilisées.
Ceci a été réalisable grâce à la mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’invention comprenant :
- une étape de fourniture, à l’état fondu, d’une composition comprenant le(s) polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) dispersé(s) dans la matrice polymérique comprenant le(s) polyaryléthercétone(s) ;
- une étape de pulvérisation de ladite composition à l’état fondu, pour former des gouttelettes de composition fondue ;
- une étape de refroidissement des gouttelettes de composition fondue pour former des particules solides ; et,
- optionnellement une ou plusieurs étapes de traitements thermiques.
Les inventeurs ont ici remarqué, de manière surprenante, que ce procédé de pulvérisation en fondu pouvait être mis en œuvre sans difficulté particulière avec un mélange de polymères pour obtenir des particules constituées d’une dispersion d’un polymère dans l’autre.
Selon certains modes de réalisation, le polymère thermoplastique souple peut avoir un module élastique inférieur ou égal à 1 ,5 GPa, tel que mesuré à 23 °C selon la norme ISO 527-1 :2019, sur une éprouvette de type 1 BA obtenue par injection-moulage.
Selon certains modes de réalisation, le(s) polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) peut (peuvent) être choisi(s) parmi la liste constituée de : un polyène linéaire, un polysiloxane, un copolymère à blocs polysiloxane, un élastomère fluoré comprenant au moins une unité de répétition issue de : tétrafluoroéthylène, hexafluoropropylène, fluorure de vinylidène et chlorotrifluoroéthylène, et le mélange de ces polymères.
L’élastomère fluoré peut notamment être un copolymère constitué essentiellement, ou constitué, de un motif de répétition issu du tétrafluoroéthylène et un motif de répétition issu du monomère de formule chimique CF2=C(F)(R), dans laquelle R représente : un groupement -CFs ou un groupement -ORf, où Rf est un perfluoroalkyle en C1 -5 ; et, préférentiellement ledit élastomère fluoré peut être constitué essentiellement, ou constitué, d’un motif de répétition issu du tétrafluoroéthylène et d’un motif de répétition issu de l’hexafluoropropylène.
Le copolymère séquencé à blocs polysiloxane peut notamment être un copolymère dans lequel les blocs polysiloxane sont mono- ou di-substitués par préférentiellement des groupes alkyle C1 à C12, et/ou des groupes phényle substitués ou non par un ou plusieurs groupes fonctionnels ; et les blocs de motifs différents des polysiloxanes peuvent préférentiellement être des blocs polyétherimide, polyaryléthercétone, polyaryléthersulfone, poly(sulfure de phénylène), polyarylamideimide, polyphénylène, polybenzimidazole et/ou polycarbonate.
Selon certains modes de réalisation, le(s) polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) peut (peuvent) représenter au total de 5% à 40%, et préférentiellement de 7% à 25%, en poids par rapport au poids total de polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition.
Selon certains modes de réalisation, le poids total en polyaryléthercétone(s) et polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) peut représenter au moins 85%, ou au moins 90%, ou au moins 92.5%, ou au moins 95%, ou au moins 97.5%, ou au moins 98%, ou au moins 98.5%, ou au moins 99% ou au moins 99.5%, ou 100%, par rapport au poids total de composition.
Selon certains modes de réalisation, la composition peut être constituée de : un polyaryléthercétone, un polymère thermoplastique souple, optionnellement un autre polymère que le polyaryléthercétone et le polymère thermoplastique souple miscible avec le polyaryléthercétone, et optionnellement un ou plusieurs additifs fonctionnels.
Selon certains modes de réalisation, les particules de la poudre peuvent avoir une distribution granulométrique pondérée par le volume, telle que mesurée par diffraction laser, selon la norme ISO 13320 :2009, avec un diamètre médian d50 allant de 40 à 140 micromètres, préférablement allant de 50 à 120 micromètres, et de manière encore préférée allant de 60 à 110 micromètres.
Selon certains modes de réalisation, la poudre peut avoir une densité tassée et/ou une coulabilité particulièrement avantageux.
Elle peut notamment avoir une densité tassée supérieure ou égale à 500 kg/m3, telle que mesurée selon la norme ISO 1068 :1975.
Elle peut notamment avoir une coulabilité inférieure ou égale à 10 secondes, préférentiellement inférieure ou égale à 7 secondes, et de manière extrêmement préférée inférieure ou égale à 5 secondes, telle que mesurée selon la méthode « A » de la norme ISO 6186 :1998, la poudre ne présentant par ailleurs pas d’agent de coulabilité.
Selon certains modes de réalisation, notamment quand le procédé est mis en œuvre sans étape additionnelle de traitement thermique, la poudre peut se présenter sous forme amorphe.
Selon certains autres modes de réalisation, notamment quand le procédé est mis en œuvre avec au moins une étape de traitement thermique, la poudre peut se présenter sous forme cristallisée.
Elle peut notamment présenter un taux de cristallinité supérieur ou égal à 10%, et préférentiellement supérieur ou égal à 15%, et de manière davantage préférée supérieur ou égal à 15%, en poids par rapport au poids total de polymères dans la composition, tel que mesuré par diffraction aux rayons X.
Selon certains modes de réalisation, ledit au moins un polyaryléthercétone est un polyéthercétonecétone, préférentiellement essentiellement constitué de, et de manière davantage préférée constitué de : un motif téréphtalique et, le cas échéant, un motif isophtalique, le motif téréphtalique (T) ayant pour formule chimique : le motif isophtalique (I) ayant pour formule chimique : avec un ratio molaire T:l allant de 0:100 à 85:15.
L’invention concerne également l’utilisation d’une telle poudre dans un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, dans un procédé de revêtement à partir de poudre, de moulage par compression de poudre ou encore de moulage par compression-transfert de poudre.
L’invention concerne enfin un objet à base de polyaryléthercétone(s) obtenu par l’un des procédés de fabrication précités, c’est-à-dire des procédés nécessitant l’utilisation de matériau sous forme pulvérulente. L’invention concerne notamment un objet obtenu un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique.
L’objet selon l’invention a des propriétés mécaniques qui n’avaient pu être obtenues auparavant, l’Homme de l’Art n’ayant pu mettre en œuvre jusqu’à ce jour de poudre comprenant au moins un polymère thermoplastique souple dispersé dans une matrice de polyaryléthercétone(s). Selon certains modes de réalisation, l’objet peut avoir un module élastique strictement inférieur à 4 GPa, tel que mesuré sur une éprouvette de type 1 BA à 23 °C selon la norme ISO 527-1 :2019.
Selon certains modes de réalisation, l’objet peut avoir une résistance au choc Charpy supérieure ou égale à 5 kJ/m2, préférentiellement supérieure ou égale à 6 kJ/m2, préférentiellement supérieure ou égale à 7 kJ/m2, préférentiellement supérieure ou égale à 8 kJ/m2, et de manière extrêmement préférée supérieure ou égale à 9 kJ/m2, pour un barreau entaillé type A selon la norme ISO 179 :2010.
Figures
L’invention sera mieux comprise au regard de la description détaillée qui suit de modes non limitatifs et des Figures suivantes :
La Figure 1 représente schématiquement un dispositif permettant de mettre en œuvre un procédé de construction d’un objet tridimensionnel couche-par-couche par frittage dans lequel la poudre selon l’invention peut être utilisée.
La Figure 2 représente schématiquement un dispositif de pulvérisation à l’état fondu.
Description détaillée de l’invention
Définitions
On entend par le terme « polymère thermoplastique » désigner un polymère qui devient moins visqueux, ou plus liquide, ou liquide lorsqu’on le chauffe suffisamment et qui conserve de manière réversible sa thermoplasticité. On oppose généralement les polymères thermoplastiques aux polymères thermodurcissables qui se transforment de manière irréversible en un réseau polymère insoluble et non formable à chaud. On entend par le terme « homopolymère » désigner un polymère constitué d’une seule unité de répétition.
On entend par le terme « copolymère » désigner un polymère issu de la copolymérisation d'au moins deux types de monomères chimiquement différents, appelés comonomères. Un copolymère est donc formé d'au moins deux unités de répétition issues de monomères différents. Il peut également être formé de trois ou plus unités de répétition issues de monomères différents.
Le copolymère peut être à structure homogène, notamment de type statistique, alterné ou aléatoire, ou à structure hétérogène, notamment de type séquencé.
En particulier, on entend par le terme « copolymère séquencé » ou « copolymère à blocs » désigner des copolymères au sens précité, dans lesquels au moins deux blocs d’homopolymères distincts sont liés de manière covalente. La longueur des blocs peut être variable. Les blocs peuvent être composés de 1 à 1000, de préférence de 1 à 100, et en particulier de 1 à 50 unités de répétition, respectivement. Le lien entre les deux blocs d’homopolymères peut être : une simple liaison covalente ou, un motif non répétitif intermédiaire appelé bloc de jonction.
On entend par « essentiellement constitué d’unité(s) » signifier que l’/les unité(s) représente(nt) une proportion molaire de 95% à 99,9% par rapport au nombre total de moles des unités de répétition dans le polymère.
On entend par « constitué d’unité(s) » signifier que l’/les unités(s) représente(nt) une proportion molaire d’au moins 99,9%, notamment 100%, dans le polymère par rapport au nombre de moles total des unités de répétition dans le polymère.
On entend par le terme « mélange de polymères » désigner une composition de polymères homogène macroscopiquement. Le terme englobe notamment de telles compositions composées de phases non miscibles entre elles et dispersées à échelle micrométrique ou submicronique.
On entend par le terme « dispersion » désigner une composition comportant plusieurs phases. Dans le mélange selon l’invention, le polyaryléthercétone forme la phase continue, ou matrice, et le polymère thermoplastique souple la phase dispersée, généralement sous forme de nodules. Les nodules ont préférentiellement une taille moyenne inférieure ou égale à 5 micromètres et préférentiellement encore inférieure ou égale à 2 micromètres. La taille des nodules de polymère thermoplastique souple au sein de la composition, notamment au sein de la matrice à base de polyaryléthercétone(s), est évaluée par analyse microscopique et traitement numérique d’une section transversale d’un objet pouvant être fabriqué par un procédé utilisant de la poudre, notamment un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqués par rayonnement(s) électromagnétique(s). Un microscope électronique à balayage (MEB) peut être utilisé. L’image obtenue peut être binarisée ce qui permet de déterminer la taille moyenne et la taille maximale des nodules.
On entend par le terme « température de fusion » désigner la température à laquelle un polymère au moins partiellement cristallin passe à l’état liquide visqueux, telle que mesurée par analyse calorimétrique différentielle (DSC) selon la norme NF EN ISO 11 357-3:2018 en deuxième chauffe, en utilisant une vitesse de chauffe de 20°C/min.
On entend par le terme « température de transition vitreuse » désigner la température à laquelle un polymère au moins partiellement amorphe passe d’un état caoutchoutique vers un état vitreux, ou vice versa, telle que mesurée par analyse calorimétrique différentielle (DSC) selon la norme NF EN ISO 11 357- 2:2020 en deuxième chauffe, en utilisant une vitesse de chauffe de 20°C/min.
Les températures de fusion et de transition vitreuse sont exprimées en degrés Celsius (°C).
On entend par le terme « taux de cristallinité » désigner le taux de cristallinité tel que calculé à partir de mesures de diffusion des rayons X aux grands angles (WAXS), sur un appareil de type Nano-inXider® avec les conditions suivantes :
- Longueur d’onde : raie principale Ka1 du cuivre (1 ,54 Angstrom).
- Puissance du générateur : 50 kV - 0.6 mA.
- Mode d’observation : transmission.
- Temps de comptage : 10 minutes.
Température : 25°C
On obtient ainsi un spectre de l’intensité diffusée en fonction de l’angle de diffraction. Ce spectre permet d’identifier la présence de cristaux, lorsque des pics sont visibles sur le spectre en plus du halo amorphe. Dans le spectre, on peut mesurer l’aire des pics cristallins (notée A) et l’aire du halo amorphe (notée AH). La proportion (massique) en phase cristalline est estimée par le rapport (A)/(A+AH). Les taux de cristallinité dans la présente invention sont exprimés en proportion massique de polymère(s) cristallin(s) par rapport au poids total en polymères de la composition.
On entend par le terme « amorphe » signifier que la composition a un taux de cristallinité de 7% ou moins, préférentiellement de 5% ou moins, et de manière extrêmement préférée de 3% ou moins. Selon certains modes de réalisation, la composition « amorphe » peut avoir un taux de cristallinité d’environ 0%.
On entend par le terme « polymère cristallisé » signifier que le polymère n’est pas amorphe. Le polymère a alors un taux de cristallinité strictement supérieur à 7%. On entend par le terme « viscosité » désigner la viscosité telle que mesurée à 380°C et à 1 Hz sous atmosphère inerte (N2), au moyen d’un rhéomètre oscillatoire « Anton Paar, MCR 302 », en géométrie plan/plan.
On entend par le terme « module d’élasticité en traction », ou plus simplement « module élastique », signifier la pente de la courbe de contrainte déformation <J(E) dans l’intervalle entre les deux déformations £1= 0,05% et £2= 0,25%, tel que défini dans la norme ISO 527-1 :2019. Le module élastique est ici exprimé en gigapascals (GPa). La pente est préférablement mesurée par une méthode de régression linéaire.
Bien que le module élastique soit ici déterminé par une sollicitation mécanique en traction, on ne sortirait pas de l’invention si la mesure était faite à partir de d’autres types de sollicitation, par exemple en flexion ou en compression.
Pour les constituants commerciaux, les modules élastiques sont souvent disponibles sur les fiches-produit du fournisseur. A défaut de données disponibles ou prévisibles, des mesures de module élastique en traction peuvent être mises en œuvre à 23°C, sur une éprouvette de type 1 BA avec une vitesse de traverse de 1 mm/min. La mesure effective du module élastique correspond à la moyenne de cinq tests réalisés consécutivement. Ces tests peuvent par exemple être mis en œuvre à l’aide d’un appareil MTS 810®, commercialisé par la société MTS Systems Corporation, équipé d’un extensomètre mécanique.
En ce qui concerne la caractérisation du module élastique en traction de la composition de la poudre et/ou l’un de ses constituants considéré isolément, les éprouvettes de type 1 BA sont fabriquées par injection-moulage selon la norme ASTM D3641 -15. Les conditions d’injection/moulage sont choisies selon l’un des critères suivants à considérer selon l’ordre indiqué : conditions imposées par une norme liée au matériau, indications données par le fournisseur, ou à défaut la meilleure information disponible concernant le polymère ou un polymère apparenté.
En ce qui concerne la caractérisation du module élastique d’objet pouvant être fabriqué par un procédé utilisant de la poudre, les éprouvettes de type 1 BA sont fabriquées selon ledit procédé. Par exemple, des éprouvettes de type 1 BA peuvent être fabriquées par un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par rayonnement(s) électromagnétique(s).
On entend par « poudre » signifier un état fractionné de la matière, se présentant généralement sous forme de particules de très petite taille, en général de l’ordre de la centaine de micromètre ou moins. On entend par « pulvérulente » une composition qui est dans son ensemble sous la forme d’une poudre.
La distribution des tailles de particules peut être mesurée par diffraction laser selon la norme ISO 13320:2009, par exemple sur un diffractomètre Malvern Mastersizer 2000®. Les règles de représentation de résultats d’une distribution de taille de particules sont données par la norme ISO 9276-parties 1 à 6. On entend par « d50 » signifier la valeur du diamètre des particules de poudre pour que la fonction cumulative de distribution des diamètres des particules, pondérée par le volume, soit égale à 50%. De même, les termes «d10» et «d90» signifient respectivement les diamètres correspondants pour que la fonction cumulative des diamètres des particules, pondérée par le volume, soit égale à 10%, et respectivement, à 90%.
On entend par « densité tassée », la valeur de densité de poudre mesurée selon la norme ISO 1068:1975. Elle peut être mesurée sur un voluménomètre de tassement STAV 2003 équipé d’une éprouvette de 250ml après 2500 impulsion. Elle s’exprime en kilogramme par mètre cube (kg/m3).
On entend par le terme « coulabilité » désigner l’aptitude d’une poudre à s’écouler librement de manière régulière et constante sous forme de particules individuelles. La coulabilité est ici mesurée selon la méthode dite « A » de la norme ISO 6186:1998, avec un entonnoir ayant une ouverture de diamètre égal à 25 mm, par laquelle peut s’écouler la composition pulvérulente. Aucun agent antistatique n’est par ailleurs ajouté à la composition. La coulabilité est mesurée en secondes (s).
On entend par le terme « résistance au choc Charpy », ou plus simplement « résistance au choc », désigner la résistance au choc de barreaux de dimension 80*10*4 mm3 entaillés type A , telle que mesurée selon la norme ISO 179 :2010. La mesure effective correspond à la moyenne de 3 tests effectués consécutivement. Une entaille (en V avec un rayon de fond d’entaille de 0,25 +/- 0,05 mm) peut être mise en œuvre sur un dispositif spécialement prévu à cet effet (Automatic Notchvis Plus, commercialisé par la société Ceast). Les barreaux sont ensuite laissés au repos pendant 24h. La mesure de résistance au choc peut être réalisée sur une machine d’essai de choc Zwick 5102.
Les formes singulières « un » et « le » appliquées aux constituants de composition, tels le polyaryléthercétone ou le polymère thermoplastique souple, ou à une propriété de ces constituants, signifient par défaut « au moins un » et respectivement « ledit au moins un ». Les formes singulières incluent néanmoins, sans qu’il soit besoin de le rappeler à chaque fois, les modes de réalisation où « un » signifie « un seul » et « le » signifie « le seul ».
Dans l’ensemble des gammes de valeurs énoncées dans la présente demande, les bornes sont incluses sauf mention contraire.
Polyaryléthercétone
Un polyaryléthercétone (PAEK) comporte les motifs de formules suivantes: (-Ar-X-) et (-An-Y-), dans lesquelles :
- Ar et An désignent chacun un radical aromatique divalent;
- Ar et An peuvent être choisis, de préférence, parmi le 1 ,3-phénylène, 1 ,4- phénylène, le 1 ,1 ’-biphénylène divalent en positions 3,3’, le 1 ,1 ’-biphényle divalent en positions 3,4’, le 1 ,4-naphthylène, le 1 ,5-naphthylène et le 2,6- naphthylène ;
- X désigne un groupe électroattracteur ; il peut être choisi, de préférence, parmi le groupe carbonyle et le groupe sulfonyle, - Y désigne un groupe choisi parmi un atome d’oxygène, un atome de soufre, un groupe alkylène, tel que -(CH)2- et l’isopropylidène.
Dans ces motifs X et Y, au moins 50%, de préférence au moins 70% et plus particulièrement, au moins 80% des groupes X sont un groupe carbonyle, et au moins 50%, de préférence au moins 70% et plus particulièrement au moins 80% des groupes Y représentent un atome d’oxygène.
Selon un mode de réalisation préféré, 100% des groupes X désignent un groupe carbonyle et 100% des groupes Y représentent un atome d’oxygène.
Avantageusement, le(s) PAEK(s) peut/peuvent être choisi(s) parmi:
- un poly-éther-cétone-cétone, également nommé PEKK ; un PEKK comprend un/des motif(s) de formule : -Ph-O-Ph-C(O)-Ph-C(O)- ;
- un poly-éther-éther-cétone, également nommé PEEK ; un PEEK comprend un/des motif(s) de formule : -Ph-O-Ph-O-Ph-C(O)- ;
- un poly-éther-cétone, également nommé PEK ; un PEK comprend un/des motif(s) de formule : -Ph-O-Ph-C(O)- ;
- un poly-éther-éther-cétone-cétone, également nommé PEEKK ; un PEEKK comprend un/des motif(s) de formule : -Ph-O-Ph-O-Ph-C(O)- Ph-C(O)- ;
- un poly-éther-éther-éther-cétone, également nommé PEEEK ; un PEEEK comprend un/des motif(s) de formule : -Ph-O-Ph-O-Ph-O- Ph-C(O)- ;
- un poly-éther-diphényle-éther-cétone également nommé PEDEK ; un PEDEK comprend un/des motif(s) de formule : un PEDEK comprend un/des motif(s) de formule -Ph-O-Ph-Ph-O-Ph-C(O)- ;
- leurs mélanges ; et,
- des copolymères comprenant au moins deux des motifs précités, dans lesquelles : Ph représente un groupement phénylène et -C(O)- un groupement carbonyle, chacun des phénylènes pouvant indépendamment être de type ortho (1 -2), méta (1 -3) ou para (1 -4), préférentiellement étant de type méta ou para.
En outre, des défauts, des groupes terminaux et/ou des monomères peuvent être incorporés en très faible quantité dans les polymères tels que décrits dans la liste ci-dessus, sans pour autant avoir une incidence sur leur performance. Préférentiellement, dans les modes de réalisation où le polyaryléthercétone est un copolymère, ce dernier a une structure homogène, notamment de type statistique.
Selon certains modes de réalisation, le PAEK est un polyéthercétonecétone essentiellement constitué de, et préférentiellement constitué de : un motif de répétition téréphtalique et, le cas échéant, un motif de répétition isophtalique, le motif de répétition téréphtalique (« motif T ») ayant pour formule : le motif isophtalique (« motif I ») ayant pour formule :
La proportion massique de motifs T par rapport à la somme des motifs T et I peut varier de 0% à 85%. La proportion massique de motifs T par rapport à la somme des motifs T et I peut notamment être de 0% à 5 % ; ou de 5 à 10 % ; ou de 10 à 15 % ; ou de 15 à 20 % ; ou de 15 à 20 % ; ou de 20 à 25 % ; ou de 25 à 30 % ; ou de 30 à 35 % ; ou de 35 à 40 % ; ou de 40 à 45 % ; ou de 45 à 50 % ; ou de 50 à 55 % ; ou de 55 à 60 % ; ou de 60 à 65 % ; ou de 65 à 70 %, ou de 70 à 75%, ou de 75% à 80%, ou encore de 80% à 85%. Le choix de la proportion molaire de motifs T par rapport à la somme des motifs T et I est l’un des facteurs qui permet d’ajuster les propriétés de vitesse de cristallisation des poly-éther- cétone-cétones. Une proportion molaire donnée de motifs T par rapport à la somme des motifs T et I peut être obtenue en ajustant les concentrations respectives des réactifs lors de la polymérisation, de manière connue en soi.
Pour une utilisation de la poudre dans un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, la proportion massique de motifs T par rapport à la somme des motifs T et I est préférentiellement de 0% à 25% ou de 45% à 75%, et de manière davantage préférée de 0% à 15% ou de 55% à 65%. La proportion massique de motifs T par rapport à la somme des motifs T et I peut notamment être d’environ 0% ou d’environ 60%.
De tels polyaryléthercétones sont disponibles dans le commerce sous le nom de Kepstan® chez la société Arkema.
Selon certains modes de réalisation, le PAEK peut être un homopolymère essentiellement constituée, voire constitué, d’une unité de répétition ayant pour formule :
De tels polyaryléthercétones sont disponibles dans le commerce sous le nom KetaSpire® chez la société Solvay, sous le nom de VestaKeep® chez la société Evonik et PEEK Victrex® chez la société Victrex.
Selon certains modes de réalisation, le PAEK peut être un copolymère essentiellement constitué, voire constitué, d’une unité de répétition ayant pour formule (III) et une unité de répétition ayant pour formule :
La proportion molaire d’unité (III) par rapport à la somme des unités (III) et (IV) peut aller 0% à 99%, préférentiellement de 0% à 95%.
Selon certains modes de réalisation, le PAEK peut être un copolymère essentiellement constitué, voire constitué, d’une unité de répétition ayant pour formule (III) et une unité de répétition ayant pour formule :
La proportion molaire d’unité (III) par rapport à la somme des unités (III) et (V) peut aller de 0 % à 99%, préférentiellement de 0% à 95%. La température de fusion du PAEK est de préférence supérieure à 280°C, et tout particulièrement supérieure à 300°C.
La température de transition vitreuse du PAEK est de préférence comprise entre 100 et 250°C, de préférence entre 120 et 200°C, et tout particulièrement entre 140 et 180°C.
Avantageusement le PAEK présente une viscosité, mesurée à 380°C et 1 Hz, supérieure à 100 Pa s, de préférence supérieure à 200 Pa s et de préférence encore supérieure à 300 Pa s. La viscosité du PAEK n’est généralement pas supérieure à 1500 Pa.s. La viscosité du PAEK peut notamment être de 300 Pa s à 600 Pa s, ou de 600 Pa s à 800 Pa s, ou de 800 Pa s à 1000 Pa s, ou de 1000 Pa s à 1200 Pa s, ou de 1200 Pa s à 1500 Pa s.
Selon certains modes de réalisation, la composition comprend au moins deux PAEKs. La composition peut notamment comprendre un copolymère constitué essentiellement d’unités constituées essentiellement de, ou constituées d’unités de répétition de formules (I) et (II), ou (III) et (IV) ou encore (III) et (V) qui représente plus de 50%, de préférence plus de 60%, notamment plus de 70%, encore préféré plus de 80% et en particulier plus de 90% massique de la composante polyaryléthercétone, borne comprise. Les 10 à 50% massiques restants peuvent être constitués par d’autres polymères appartenant à la famille des PAEK, par exemple l’homopolymère constitué de l’unité de répétition (III).
Selon certains modes de réalisation, la composition comprend un seul type de PAEK.
Polymère thermoplastique apportant ductilité à la composition
Le polymère thermoplastique apportant ductilité à la composition, ou « polymère thermoplastique souple », n’est pas un polyaryléthercétone. Il a un module élastique deux fois inférieur à celui du polyaryléthercétone. Selon des modes de réalisation préférés, le module élastique du polymère thermoplastique souple peut être inférieur ou égal à 1 ,5 GPa. La valeur basse du module élastique ne possède pas d’autre limite que celle imposée par la nature chimique même du polymère thermoplastique utilisé. Pour les polymères thermoplastiques actuellement disponibles sur le marché, la valeur du module élastique n’est généralement pas inférieure à 10 MPa.
Selon certains modes de réalisation, le module élastique du polymère thermoplastique souple peut être inférieur ou égal à 1 GPa, voire inférieur ou égal à 750 MPa.
Selon certains modes de réalisation, le module élastique du polymère thermoplastique souple peut être supérieur ou égal à 50 MPa, voire inférieur ou égal à 250 MPa.
Selon certains modes de réalisation, le module élastique du polymère thermoplastique souple peut être de 50 MPa à 1000 MPa, ou de 250 MPa à 750 MPa.
Selon certains modes de réalisation, le polymère thermoplastique souple peut être choisi dans la liste constituée de : un polyène linéaire, un polysiloxane, un copolymère à blocs polysiloxane, un élastomère fluoré comprenant au moins une unité de répétition issue de tétrafluoroéthylène, hexafluoropropylène, fluorure de vinylidène et chlorotrifluoroéthylène, et leur mélange.
Selon certains modes de réalisation, ledit au moins un polymère thermoplastique souple peut représenter de 5% à 45% en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition.
Ledit au moins un polymère thermoplastique souple peut notamment représenter de 5% à 10%, ou de 10% à 15%, ou de 15% à 20%, ou de 20% à 25%, ou de 25% à 30%, ou de 30% à 35%, ou de 35% à 40%, ou de 40% à 45% en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition.
Selon des modes de réalisation avantageux, ledit au moins un polymère thermoplastique peut représenter de 7% à 25% en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition.
Il est connu pour l’Homme du Métier qu’en deçà d’une certaine proportion en polymère thermoplastique souple, la contribution dudit polymère à la ductilité de la composition est faible. Par ailleurs, au-delà d’une certaine proportion en polymère thermoplastique souple la composition tend à perdre les excellentes propriétés en tenue thermique et/ou résistance chimique conférées par le PAEK. En outre, des problèmes d’adhésion inter-polymères peuvent apparaître (délamination) du fait d’une compatibilité insuffisante du PAEK avec le polymère thermoplastique souple. L’Homme du Métier serait donc amené d’une façon connue en soi à utiliser une plus ou moins grande proportion en polymère thermoplastique souple en prenant en compte l’effet escompté et le phénomène de compatibilité.
La viscosité à 380°C et à 1 Hz du polyaryléthercétone et celle du polymère thermoplastique souple sont suffisamment proches de sorte à faciliter la dispersion du polymère thermoplastique souple dans la matrice de polyaryléthercétone.
Selon certains modes de réalisation, le ratio maximum de viscosités entre le polyaryléthercétone et le polymère thermoplastique souple est de 0,3 à 3. Préférentiellement, ce ratio est supérieur ou égal à 0,5. Il peut notamment être supérieur ou égal à 0,7.
Préférentiellement, ce ratio est inférieur ou égal à 2. Il peut notamment être inférieur ou égal à 1 ,5.
Selon certains modes de réalisation, le polymère thermoplastique souple peut être un polyène linéaire. Il est préférentiellement choisi dans la liste constituée de : poly(3-méthylocténylène), poly(3-méthyldécénylène), ou un copolymère constitué essentiellement, ou constitué, d’une unité de répétition ayant pour formule chimique :
★— CH=CH-(CH2)n — ★
L J (VI), dans laquelle n est un entier valant de 3 à 10. Le polyène linéaire peut notamment être choisi dans la liste constituée de polypenténylène, polyhexénylène, polyhepténylène, polyocténylène, polynonénylène, polydécénylène, polyundécénylène, polydodécénylène, ou leur mélange. Selon des modes de réalisation particuliers, le polyène linéaire est un polyocténylène.
Le polyène linéaire peut représenter de 5% à 45% en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition. Le polyène linéaire peut notamment représenter 25% ou moins, préférentiellement 15% ou moins en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition. Selon les modes de réalisation où le polyène linéaire est le seul polymère thermoplastique souple, il peut notamment représenter de 5% à 15% en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition.
Selon certains modes de réalisation, le polymère thermoplastique souple peut être un élastomère fluoré comprenant au moins une unité de répétition issue de tétrafluoroéthylène (TFE), hexafluoropropylène (HFP), fluorure de vinylidène (VDF) et chlorotrifluoroéthylène (CTFE).
Préférentiellement, l’élastomère fluoré peut être un copolymère essentiellement constitué, ou constitué, des unités de répétition issues de HFP et de VDF ou encore un copolymère essentiellement constitué, ou constitué d’une unité de répétition issue de TFE et d’au moins une unité de répétition issue du propylène, du HFP ou encore d’un perfluoro(alkyl vinyl éther).
En particulier, l’élastomère fluoré peut être constitué essentiellement de, et préférentiellement constitué de : un motif de répétition issu du TFE et un motif de répétition issu du monomère de formule chimique :
CF2=CF-R (VII), dans laquelle R représente : un groupement CFs ou un groupement ORi, où Ri est un perfluoroalkyle en C1-5. De manière préférée, le composé de formule (VII) peut être choisi dans le groupe constitué de l'hexafluoropropylène, le perfluoro (méthyl vinyl éther), le perfluoro (éthyl vinyl éther), et le perfluoro (propyl vinyl éther). De manière davantage préférée, le composé de formule (VII) peut être choisi dans le groupe constitué de l'hexafluoropropylène et le perfluoro (propyl vinyl éther).
Selon certains modes de réalisation préférés, les unités issues du TFE peuvent représenter de 80% à 99,5 %mol par rapport au nombre total de moles d’unités issues du TFE et du monomère de formule (VII). Le motif de répétition issu du TFE peut notamment représenter plus de 85%mol, ou plus de 87%mol, ou plus de 93%mol par rapport au nombre total de moles d’unités issues du TFE et du monomère de formule (VII).
Selon certains modes de réalisation particulier, le polymère thermoplastique souple est un copolymère essentiellement constitué, ou constitué, d’unités de répétition issues de TFE et de HFP comprenant de 7% à 15%mol de TFE par rapport au nombre total de moles des unités issues de TFE et de HFP. Des exemples de tels polymères fluorés disponibles commercialement sont les polymères de la gamme NEOFLON™ FEP commercialisée par la société DAIKIN, ou de la gamme Teflon® FEP commercialisée par la société Dupont, ou encore de la gamme 3M™Dyneon™ Fluoroplastic FEP commercialisée par la société 3M.
L’élastomère fluoré peut représenter de 10% à 40%, et préférentiellement de 15% à 25% en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition.
Selon certains modes de réalisation, le polymère thermoplastique peut être un copolymère séquencé à blocs polysiloxane.
Les blocs polysiloxane peuvent être mono- ou di-substitués par des groupes alkyle C1 à C12, de préférence en C1 à C6, et tout particulièrement en C1 à C4 et/ou des groupes phényle. De préférence, les groupes alkyle sont des groupes méthyle. De préférence, les motifs polysiloxane présents dans le copolymère séquencé à blocs polysiloxane sont des motifs poly(diméthylsiloxane) (PDMS).
Les groupes alkyle ou phényle du bloc polysiloxane peuvent aussi être substitués par un ou plusieurs groupes fonctionnels tels que époxy, alkoxy, notamment méthoxy, amine, cétone, thioéther, halogène, nitrile, nitro, sulfone, phosphoryle, imino ou thioester. Ces groupes fonctionnels peuvent également être situés en fin de chaîne du copolymère séquencé à blocs polysiloxane. De préférence néanmoins, le bloc polysiloxane ne comporte pas de groupes fonctionnels. Par ailleurs, les groupes alkyle ou phényle du bloc polysiloxane peuvent être substitués par un ou plusieurs groupes carbocyclique, aryle, hétéroaryle, alkyle, alkényle, bicyclique ou tricylique.
Le copolymère séquencé à blocs polysiloxane comporte par ailleurs des blocs de motifs différents des polysiloxanes. Il peut notamment s’agir de blocs polyéther- imide, poly(aryléthercétone), poly(aryléthersulfone), poly(sulfure de phénylène), poly(arylamideimide), poly(phénylène), poly(benzimidazole) et/ou polycarbonate. De préférence, le copolymère séquencé à blocs polysiloxane comporte en outre des blocs de polyaryléthercétone ou de polyétherimide. L’avantage de ces blocs est qu’ils sont fortement compatibles avec le(s) polyaryléthercétone(s) de la composition et donc permettre l’incorporation d’une quantité élevée en polymère thermoplastique souple dans la composition.
Les blocs de polyaryléthercétone peuvent être choisis dans la même liste que celle des polyaryléthercétones utilisés comme constituant de la composition. Selon des modes de réalisation avantageux, les blocs de polyaryléthercétone peuvent être de même composition chimique que celle des polyaryléthercétones utilisés comme constituant de la composition.
Préférentiellement, les blocs de polyétherimide comprennent, sont essentiellement constitués, ou sont constitués d’une unité de répétition ayant pour formule chimique : dans laquelle A représente : -O- ou un groupement de Formule -O-Z-O-, où les groupements divalents -O- et -O-Z-O- sont en position 3,3’, 3,4’ ou 4,4’ des radicaux benzéniques auxquels ils sont liés, et où Z peut être choisi parmi la liste constituée de : dans lesquelles Q est un groupement divalent choisi dans le groupe constitué de : -O-, -S-, -C(O)-, -SO2-, -SO-, -CyH2y- (y étant un entier entre 0 et 20) et les dérivés halogénés de ces derniers ; dans laquelle B représente un groupement hydrocarbonés aromatiques ayant 6 à 20 atomes de carbone ou l’un de ses dérivés halogénés, une chaîne linéaire ou ramifiée alkylène ayant 2 à 20 atomes de carbone, un cycloalkylène ayant 3 à 20 atomes de carbone, ou un groupement divalent de formule (XIII).
Le copolymère séquencé à blocs polysiloxane peut avoir une teneur en siloxane de 10 à 70% en poids, préférentiellement de 15 à 60% en poids, et de manière davantage préférée de 20 à 50% en poids par rapport au poids du copolymère.
Le copolymère séquencé à blocs polysiloxane peut représenter de 5% à 20%, et préférentiellement de 7% à 15% en poids par rapport au poids total desdits au moins un thermoplastique et au moins un polyaryléthercétone de la composition. De tels copolymères séquencés à blocs polysiloxanes sont disponibles dans le commerce. Ainsi, la société Sabic vend des copolymères à blocs PEI-PDMS sous le nom de Siltem®. Par ailleurs, la société Idemitsu Kosan vend un copolymère polycarbonate-PDMS sous le nom de Tarflon® Neo.
Selon certains modes de réalisation, le polymère thermoplastique souple peut être un polysiloxane. Le polysiloxane peut être mono- ou di-substitué par des groupes alkyle en Ci à C12, de préférence en Ci à Ce, et tout particulièrement en Ci à C4, et/ou des groupes phényle. De préférence, les groupes alkyle sont des groupes méthyle. Les groupes alkyle ou phényle du polysiloxane peuvent être substitués par un ou plusieurs groupes fonctionnels tels que époxy, alkoxy, notamment méthoxy, amine, cétone, thioéther, halogène, nitrile, nitro, sulfone, phosphoryle, imino ou thioester.
De préférence néanmoins, le polysiloxane ne comporte pas de groupes fonctionnels. Par ailleurs, les groupes alkyle ou phényle du polysiloxane peuvent être substitués par un ou plusieurs groupes carbocyclique, aryle, hétéroaryle, alkyle, alkényle, bicyclique ou tricylique.
De préférence, le polysiloxane peut être un poly(diméthylsiloxane) (PDMS).
Le polysiloxane peut représenter de 1 % à 25% en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition.
Selon certains modes de réalisation, le polysiloxane peut représenter 2% ou plus, ou 3% ou plus, ou 4% ou plus, ou 5% ou plus en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition. Le polysiloxane ayant une très faible compatibilité avec les polyaryléthercétones il peut représenter 20% ou moins, préférentiellement 15% ou moins et de manière davantage préférée 13% ou moins en poids par rapport au poids total desdits polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) et polyaryléthercétone(s) de la composition.
Selon certains modes de réalisation, ledit au moins un polymère thermoplastique souple de la composition est un mélange d’un copolymère séquencé à blocs polysiloxane, notamment un copolymère séquencé comprenant en outre des blocs de polyaryléthercétone ou de polyétherimide, et d’un polysiloxane.
Autres composants optionnels de la composition
Selon des modes de réalisation préférés, la composition peut comprendre au moins 85%, ou au moins 90%, ou au moins 92.5%, ou au moins 95%, ou au moins 97.5%, ou au moins 98%, ou au moins 98.5%, ou au moins 99% ou au moins 99.5%, ou 100% en poids total de polyaryléthercétone(s) et de polymère(s) thermoplastique(s) souple(s).
La composition ne comprend préférentiellement pas de charge renforçante, et notamment pas de fibres. En effet, les charges renforçantes ont en général comme effet de rendre le matériau moins ductile.
La composition peut comporter en plus du polyaryléthercétone et du polymère thermoplastique souple, un autre polymère miscible avec le polyaryléthercétone. Cet autre polymère miscible avec le polyaryléthercétone est donc intégré à la matrice dans laquelle est dispersé le polymère thermoplastique souple. Autrement dit, il ne forme pas de nodules supplémentaires aux nodules de polymère(s) thermoplastique(s) souple(s).
La composition peut également comporter éventuellement des quantités mineures, notamment moins de 5% en poids par rapport au poids de la composition, d’additifs fonctionnels. On peut mentionner comme tels par exemples les agents antioxydants, les stabilisants à l’état fondu et/ou à l’état solide, les agents conducteurs et/ou antistatiques, les agents ignifugeants, les colorants ainsi que les agents réactifs tels que les carbonates alcalins.
Ainsi, selon certains modes de réalisation, la composition peut être constituée de : un polyaryléthercétone, un polymère thermoplastique souple, optionnellement un autre polymère que le polyaryléthercétone et le polymère thermoplastique souple miscible avec le polyaryléthercétone, et optionnellement un ou plusieurs additifs fonctionnels.
Selon des modes de réalisation particulier, la composition peut être constituée de polyaryléthercétone(s) et de polymère(s) thermoplastique(s) souple(s). Elle peut notamment être constituée d’un seul polyaryléthercétone et d’un seul polymère thermoplastique souple.
Poudre
La poudre selon l’invention comprend des particules de composition dont plusieurs modes de réalisation ont été décrits ci-dessus.
Préférentiellement, la poudre ne comprend pas d’autres particules de composition chimique différente. La poudre est donc préférentiellement constituée d’une composition telle que décrite ci-dessus comprenant au moins un polyaryléthercétone et au moins un polymère thermoplastique souple. Ceci a notamment pour avantage, par exemple dans les modes de réalisation où la poudre est utilisée dans un procédé de construction d’objet par frittage laser, de pouvoir mettre en œuvre un recyclage facilité de la poudre. Selon certains modes de réalisation, les particules peuvent avoir une distribution granulométrique pondérée par le volume, telle que mesurée par diffraction laser, selon la norme ISO 13320:2009, avec un diamètre médian d50 allant de 40 à 140 micromètres. De manière préférentielle, le diamètre médian d50 peut être de 50 à 120 micromètres. De manière encore préférée, le diamètre médian d50 peut être de 60 à 110 micromètres.
Selon certains modes de réalisation, d10 peut être supérieur ou égal à 15 micromètres, ou supérieur ou égal à 30 micromètres.
Selon certains modes de réalisation, d90 peut être inférieur ou égal à 300, et préférentiellement inférieur ou égal à 240 micromètres. La valeur de d90 peut selon certains modes de réalisation être inférieure ou égal à 180 micromètres.
Selon des modes de réalisation avantageux, notamment pour une application de la poudre dans un procédé de construction d’objet tridimensionnel couche-par- couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, la distribution granulométrique de la poudre peut être telle que : d10>15 pm, 60 pm <d50<110 pm, et d90<240 pm.
Selon certains modes de réalisation, notamment pour une application de la poudre dans un procédé de construction d’objet tridimensionnel couche-par- couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, la distribution granulométrique de la poudre peut être telle que : d10>30 pm, 80 pm <d50<100 pm, et d90<180 pm.
Selon certains modes de réalisation, la poudre ne comprend pas d’agent d’écoulement. De manière avantageuse, elle peut présenter même en l’absence d’agent d’écoulement une coulabilité inférieure ou égale à 10 secondes, préférentiellement inférieure ou égale à 7 secondes, et de manière extrêmement préférée inférieure ou égale à 5 secondes.
Selon certains modes de réalisation, la poudre a une densité tassée supérieure ou égale à 500 kg/m3. De telles poudres utilisées dans des procédés de fabrication d’objet ont une densité qui se rapproche de la densité désirée pour les objets à fabriquer. Cela permet d’avoir moins d’air provenant de la poudre à évacuer durant le procédé de fabrication d’un objet, et donc d’obtenir plus facilement des objets ayant une faible porosité.
Selon certains modes de réalisation, la poudre est une poudre amorphe.
Selon certains modes de réalisation, la poudre est cristallisée, au moins en partie. La poudre peut notamment avoir un taux de cristallinité supérieur ou égal à 10%, préférentiellement supérieur ou égal à 15%, et de manière davantage préférée supérieur ou égal à 18%, en poids par rapport au poids total de polymères, telle que mesurée par diffraction aux rayons X.
Utilisation des poudres
Les poudres selon l’invention peuvent être utilisées dans de nombreuses applications, dont les applications listées de manière non-exhaustive ci-dessous.
Les procédés de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqués par rayonnement(s) électromagnétique(s), notamment par rayonnement infrarouge et rayonnement laser, sont bien connus de l’Homme du Métier. En référence à la Figure 1 , le dispositif 1 de frittage laser comprend une enceinte de frittage 10 dans laquelle sont disposés un bac d’alimentation 40 contenant une poudre à fritter, une plaque horizontale 30 permettant de supporter l’objet tridimensionnel 80 en construction et un laser 20. La poudre est prélevée du bac d’alimentation 40 et déposée sur la plaque horizontale 30, formant une fine couche 50 de poudre constitutive de l’objet tridimensionnel 80 en construction. Un rouleau compacteur/racleur (non représenté) permet d’assurer la bonne uniformité de la couche de poudre 50. La couche de poudre 50, en construction, est chauffée grâce à un rayonnement infra-rouge 100 pour atteindre une température sensiblement uniforme et égale à une température de construction Te prédéterminée. Dans les procédés de construction traditionnels de frittage de poudres à base de PAEK(s), Te est généralement d’environ 20°C inférieur à la température de fusion de la poudre, telle que mesurée par DSC en première chauffe avec une rampe de température égale à 20°C/min. Dans certains cas Te peut même être inférieure. L’énergie nécessaire à fritter les particules de poudre en différents points de la couche de poudre 50 est ensuite apportée par un rayonnement laser 200 du laser 20 mobile dans le plan (xy), selon une géométrie correspondant à celle de l’objet. La poudre fondue se re-solidifie formant une partie frittée 55 alors que le reste de la couche 50 reste sous forme de poudre non frittée 56. Plusieurs passages de rayonnement laser 200 peuvent être nécessaires dans certains cas. Ensuite, la plaque horizontale 30 est abaissée selon l’axe (z) d’une distance correspondant à l’épaisseur d’une couche de poudre, et une nouvelle couche est déposée. Le laser 20 apporte l’énergie nécessaire pour fritter les particules de poudre selon une géométrie correspondant à cette nouvelle tranche de l’objet et ainsi de suite. La procédure est répétée jusqu’à ce que l’on ait fabriqué l’objet 80. Une fois l'objet 80 terminé, il est retiré de la plaque horizontale 30 et la poudre non frittée 56 peut être tamisée avant d'être renvoyée, le cas échéant, dans le bac d’alimentation 40 pour servir de poudre recyclée.
Les poudres selon l’invention peuvent également être utilisées dans des procédés de revêtement de surface, notamment de surface métallique. Différents procédés peuvent être utilisés pour obtenir un revêtement sur une pièce métallique. On peut citer le trempage dans le lit fluidisé pour lequel la pièce métallique est chauffée puis trempée dans le lit de poudre en fluidisation. Il est également possible de réaliser un poudrage dit électrostatique (poudre chargée poudrée sur pièce métallique reliée à la terre), dans ce cas un post traitement thermique est réalisé pour réaliser le revêtement. Une alternative est de réaliser le poudrage sur une pièce préalablement chauffée, ce qui permet d’éliminer le traitement thermique après poudrage. Enfin, il est possible de réaliser un poudrage à la flamme, dans ce cas la poudre est pulvérisée fondue sur une pièce métallique éventuellement préchauffée.
Les poudres selon l’invention peuvent également être utilisées dans des procédés de compression de poudres. Ces procédés sont en général utilisés pour réaliser des pièces épaisses. Dans ces procédés, la poudre est d’abord chargée dans un moule, puis compactée et enfin fondue pour réaliser la pièce. Pour finir, un refroidissement adapté, souvent assez lent, est réalisé afin de limiter la présence de contraintes internes dans la pièce.
Les objets obtenus par ces procédés ont des propriétés qui n’avaient pas pu être obtenues jusque-là du fait de l’impossibilité de fabriquer des poudres comprenant au moins un polymère thermoplastique souple dispersé dans une matrice de PAEK(s).
Un objet obtenu par l’un des procédés précités, préférentiellement obtenu par un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, peut notamment avoir un module élastique strictement inférieur à 4 GPa, tel que mesuré sur une éprouvette de type 1 BA à 23 °C selon la norme ISO 527-1 :2019.
Un objet obtenu par l’un des procédés précités, préférentiellement obtenu par un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, peut avoir une résistance au choc Charpy supérieure ou égale à 5 kJ/m2, préférentiellement supérieure ou égale à 6 kJ/m2, préférentiellement supérieure ou égale à 7 kJ/m2, préférentiellement supérieure ou égale à 8 kJ/m2, et de manière extrêmement préférée supérieure ou égale à 9 kJ/m2, sur un barreau entaillé type « A » selon la norme ISO 179 :2010.
Procédé de fabrication de la poudre
Un procédé de fabrication d’une poudre selon l’invention comprend :
- une étape de fourniture, à l’état fondu, de la composition à l’état fondu;
- une étape de pulvérisation la composition à l’état fondu pour former des gouttelettes de composition fondue;
- une étape de refroidissement des gouttelettes de composition fondu pour former des particules solides ; et,
- optionnellement une ou plusieurs étapes de traitements thermiques.
Les étapes de pulvérisation à l’état fondu et de refroidissement sont connues en soi pour une composition étant un polymère pur. Elles permettent l’obtention d’une micropoudre dudit polymère. Un tel procédé a par exemple été décrit dans la demande de brevet EP0945173.
En référence à la Figure 2, le dispositif 2 de pulvérisation à l’état fondu comprend des moyens d’amenée 3 d’une composition à l’état fondu vers des buses de pulvérisation 4 disposées en partie haute du dispositif. Les buses de pulvérisation 4 pulvérisent la composition à l’état fondu sous forme de jets fins qui en chutant se séparent en micro-gouttelettes 5. Les gouttelettes à l’état fondu sont refroidies au cours de leur chute de sorte à solidifier. Afin de diminuer la hauteur de chute et/ou d’accélérer le refroidissement, un cryogaz, par exemple du diazote liquide ou du dioxyde de carbone liquide, peut être soufflé sous forme gazeuse à l’intérieur du dispositif à l’aide d’alimentations 6 disposées sur les parois latérales du dispositif. Une micropoudre solide 7 est ainsi obtenue en partie basse du dispositif.
Le mélange à l’état fondu peut être obtenu par n’importe quel procédé connu dans l’art.
La composition peut par exemple être fournie sous forme de granulés de PAEK dans lesquels le polymère thermoplastique souple a été dispersé. Alternativement, chaque composant peut être fourni séparément et la composition à l’état fondu peut être fabriquée in-situ par tout dispositif connu de mélange à l’état fondu convenant à la préparation de thermoplastiques. Des appareils de mélange à l'état fondu appropriés sont, par exemple, des malaxeurs, des mélangeurs Banbury, des extrudeuses à vis unique et extrudeuses bi-vis.
La poudre obtenue par le procédé de pulvérisation est généralement amorphe ou quasi-amorphe du fait du refroidissement très rapide des gouttelettes de composition fondue.
La poudre amorphe peut, le cas échéant, subir une ou plusieurs étapes de traitements thermiques. Une (première) étape de traitement thermique peut être mise en œuvre au-dessus de la température de transition vitreuse Tg et en dessous de la température de fusion du polyaryléthercétone de la composition de sorte à provoquer la cristallisation de la composition. Optionnellement, si cela est nécessaire, un second traitement thermique peut être mis en œuvre de sorte à uniformiser les phases cristallines de la composition. Une telle poudre traitée thermiquement est notamment adaptée pour une utilisation dans un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqués par rayonnement(s) électromagnétique(s).
Par exemple, selon les modes de réalisation où le(s) polyaryléthercétone(s) de la composition est (sont) un PEKK essentiellement constitué, ou constitué, des unités de répétitions isophtalique et téréphtalique, avec un ratio molaire T/l de 45 :55 à 75 :25, notamment un ratio T/l d’environ 60 :40, le traitement thermique peut être mis en œuvre à une température de 160°C à 300°C, préférentiellement de 180°C à 290°C, et de manière encore préférée de 190°C à 250°C pendant une durée suffisante pour obtenir la cristallinité souhaitée.
Il est par ailleurs connu que le PEKK peut cristalliser sous deux formes cristallines, dite « forme I » et « forme II ». Lorsque tel est le cas suite au premier traitement thermique, un second traitement thermique peut avantageusement être mis en œuvre de sorte à obtenir une poudre contenant essentiellement des cristaux de PEKK de forme I. Ce procédé est connu en soi et a déjà été décrit dans la demande WO 2012/047613. Pour une poudre constituée d’une composition comprenant un PEKK ayant un ratio T/l d’environ 60 :40, la température du second traitement thermique peut notamment être de 230°C à 300°C, et préférentiellement de 260°C à 295°C. La température du second traitement thermique peut notamment être de 275°C à 290°C.
La température du second traitement thermique est généralement supérieure à celle du premier traitement thermique. Ainsi, en continuant sur l’exemple d’une poudre constituée d’une composition comprenant un PEKK ayant un ratio molaire T/l d’environ 60 :40, un premier traitement thermique peut notamment être mis en œuvre à une température de 160°C à 250°C et un second traitement thermique à une température de 260°C à 300°C.
Exemples
Matières premières Les produits commerciaux suivants ont été utilisés pour les exemples :
- KEPSTAN® de grade 6000, commercialisé par la société ARKEMA, est un polyéthercétonecétone ayant un ratio molaire T/l 60/40. Ce PEKK a une viscosité de 900 Pa.s à 380°C et 1 Hz. Cinq éprouvettes 1 BA ont été préparées par injection sur une presse Battenfeld en utilisant les paramètres suivants : alimentation 330°C; Buse : 345°C ; Moule 80°C. Dans ces conditions de moulage, les éprouvettes ont été obtenues sous forme essentiellement amorphe. Le module d’élasticité en traction a été mesuré à 2,9 GPa selon la norme 527-1 :2019, à 23°C, avec une vitesse de traverse de 1 mm/min.
A titre de comparaison, le module d’élasticité en traction d’éprouvettes obtenues par frittage laser, ayant une cristallinité de 20%, a été mesuré à 4 GPa, à 23°C, avec une vitesse de traverse de 1 mm/min (voir Tableau 2, composition #3c).
- NEOFLON™ NF101 , commercialisé par la société Daikin, est un copolymère essentiellement constitué d’unités de répétition TFE et HFP (FEP). Ce copolymère FEP a une viscosité de 1200 Pa.s à 380°C et 1 Hz. Le fournisseur indique que sa gamme NEOFLON™ FEP, incluant le NEOFLONTM NF101 , a un module d’élasticité en traction de 440 à 540 MPa (ASTM D 638).
- SILTEM® 1500, commercialisé par la société Sabic, est un copolymère à blocs polyétherimide - polydiméthylsiloxane (PEI/PDMS). Le SILTEM® 1500 a une proportion massique de 40% en polydiméthylsiloxane par rapport au poids total du polymère et a une viscosité de 800 Pa.s à 380°C et 1 Hz. Le fournisseur indique que le SILTEM® 1500 a un module d’élasticité en traction de 590 MPa avec une vitesse de traverse de 1 mm/min (ISO 527).
Le PEKK a été mélangé avec chacun des polymères thermoplastiques souples et extrudés à l’aide d’une extrudeuse bi-vis ZSK Mc18, commercialisée par la société Coperion par introduction en trémie principale et extrusion à une température de 320°C. La vitesse de rotation des vis a été de 250 tours /minute pour le mélange PEKK et copolymère blocs PEI/PDMS et de 320 tours/minute pour le mélange PEKK et FEP.
Les granulés ainsi obtenus ont été pulvérisés dans un dispositif tel que représenté en Figure 2 pour obtenir une poudre solide. Deux traitements thermiques successifs ont été mis en œuvre. La poudre a d’abord été traitée à 185°C pendant 6 heures puis à 270°C pendant 3 heures.
Une poudre témoin #3c a également été fabriquée afin de la comparer aux poudres formulées des exemples selon l’invention. Elle est constituée de PEKK et a été fabriquée par un procédé traditionnel de broyage d’écailles de polymère cristallisé, suivi d’une étape de densification et d’une étape de traitement thermique.
Des écailles de PEKK ayant une viscosité d’environ 900 Pa.s à 380°C et 1 Hz ont été synthéthisées par un procédé électrophile. Elles ont d’abord été micronisées dans un broyeur à jet d’air Alpine Hosokawa AFG 200 à une température de 23°C afin d’obtenir une poudre ayant comme répartition de taille de particules d10=30 microns, d50=69 microns et d90=132 microns.
Cette poudre qualifiée de « non densifiée », a ensuite été soumise à un traitement thermo-mécanique dans un mélangeur rapide de type Henschel, avec une vitesse en bout de pale est de l’ordre de 43m/s, pendant 60 minutes. Une poudre densifiée a ainsi pu être obtenue. La densité tassée de la poudre densifiée est de 440 kg/m3. La poudre densifiée a enfin été traitée thermiquement à 275°C pendant 4 heures.
Le Tableau ci-dessous présente les caractéristiques des poudres #1 à #3c :
Tableau 1
Des éprouvettes de types 1 BA et des barreaux de dimensions 80*10*4 mm3 ont été imprimés dans le plan xy à l’aide d’une imprimante P810, commercialisée par la société EOS. La température de construction a été fixée à 285°C et l’énergie du laser à 29 mJ/mm2. Les éprouvettes de type 1 BA ont été utilisées pour déterminer le module d’élasticité en traction d’objet fabriqué par frittage laser de poudre, à 23°C, avec une vitesse de traverse de 1 mm/min.
Les barreaux, préalablement entaillé en V puis laissés au repos pendant 24 heures, ont été utilisés pour déterminer la résistance au choc Charpy.
Le Tableau ci-dessous présente les résultats de ces tests :
Tableau 2
Ainsi, les poudres #1 et #2, selon l’invention, ont permis de fabriquer des objets obtenus par frittage laser à base de PEKK et, ayant un module élastique plus faible et une résistance au choc plus élevée, par rapport à ce qu’il était possible de fabriquer avec des poudres selon l’art antérieur (poudre #3c).
Autre exemple comparatif : Obtention de poudre à partir de granulés de PEKK obtenus par compoundage.
Des granulés de PEKK de taille environ 2mm ont été extrudés. Les granulés ont ensuite été traités thermiquement pendant 9h à 180°C, afin d’augmenter leur cristallinité et de les rendre plus cassants en vue de l’étape de broyage. Ils ont enfin été broyés dans un broyeur cryogénique à marteaux Mikropull 2DH® refroidi par de l’azote liquide, le broyeur étant de plus équipé d’une grille avec trous ronds de 500 microns. La poudre obtenue a un d50 de 500 microns.
Ainsi, pour des granulés de PEKK obtenus par compoundage, il est généralement impossible d’obtenir par broyage une poudre ayant un d50 strictement inférieur à 500 microns, même en conditions cryogéniques et en ayant cristallisé préalablement lesdits granulés.
Le broyage dans des conditions similaires de granulés obtenus par compoundage de compositions constituées de PEKK et d’un polymère thermoplastique souple , telles les granulés utilisés pour la fabrication des poudres #1 et #2, serait encore plus difficile à mettre en œuvre et ne permettrait pas d’obtenir des poudres ayant un d50 strictement inférieur à 500 microns.

Claims

38 Revendications
1. Poudre comprenant des particules constituées d’une composition comprenant au moins un polyaryléthercétone et au moins un polymère thermoplastique souple n’étant pas un polyaryléthercétone, dans laquelle les particules ont une distribution granulométrique pondérée par le volume, telle que mesurée par diffraction laser, selon la norme ISO 13320 :2009, avec un diamètre médian d50 strictement inférieur à 500 pm, et de préférence inférieur ou égal à 300 pm, le module élastique dudit au moins un polymère thermoplastique souple étant au moins deux fois inférieur à celui dudit au moins un polyaryléthercétone, tel que mesuré selon la norme ISO 527-2 : 2012, à 23°C, sur une éprouvette de type 1 BA obtenue par injection-moulage, avec une vitesse de traverse de 1 mm/min, ledit polyaryléthercétone formant une matrice dans laquelle est dispersé ledit polymère thermoplastique souple.
2. Poudre selon la revendication 1 , dans laquelle ledit polymère thermoplastique souple a un module élastique inférieur ou égal à 1 ,5 GPa, tel que mesuré selon la norme ISO 527-2 :2012 à 23°C sur une éprouvette de type 1 BA.
3. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans laquelle ledit au moins un polymère thermoplastique souple est choisi parmi la liste constituée de : un polyène linéaire, un polysiloxane, un copolymère à blocs polysiloxane, un élastomère fluoré comprenant au moins une unité de répétition issue de : tétrafluoroéthylène, hexafluoropropylène, fluorure de vinylidène et chlorotrifluoroéthylène, et le mélange de ces polymères.
4. Poudre selon la revendication 3, dans laquelle ledit au moins un polymère thermoplastique souple comprend un élastomère fluoré constitué essentiellement, ou constitué, de : un motif de répétition issu du tétrafluoroéthylène et un motif de répétition issu du monomère de formule chimique CF2=C(F)(R), dans laquelle R représente : un groupement -CFs ou un groupement -ORf, où Rf est un perfluoroalkyle en C1 -5 ; et, 39 préférentiellement ledit polymère thermoplastique souple est constitué essentiellement, ou constitué, d’un motif de répétition issu du tétrafluoroéthylène et d’un motif de répétition issu de l’hexafluoropropylène.
5. Poudre selon la revendication 3, dans laquelle ledit au moins un polymère thermoplastique souple comprend un copolymère séquencé à blocs polysiloxane, dans lequel les blocs polysiloxane sont mono- ou di-substitués par préférentiellement des groupes alkyle C1 à C12, et/ou des groupes phényle substitués ou non par un ou plusieurs groupes fonctionnels ; et les blocs de motifs différents des polysiloxanes sont préférentiellement des blocs polyétherimide, polyaryléthercétone, polyaryléthersulfone, poly(sulfure de phénylène), polyarylamideimide, polyphénylène, polybenzimidazole et/ou polycarbonate.
6. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle ledit au moins un polymère thermoplastique souple représente de 5% à 40%, et préférentiellement de 7% à 25%, en poids par rapport au poids total desdits au moins un polymère thermoplastique souple et au moins un polyaryléthercétone de la composition.
7. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le poids total en lesdits polyaryléthercétone(s) et polymère(s) thermoplastique(s) souple(s) représente au moins 85%, ou au moins 90%, ou au moins 92.5%, ou au moins 95%, ou au moins 97.5%, ou au moins 98%, ou au moins 98.5%, ou au moins 99% ou au moins 99.5%, ou 100%, par rapport au poids total de composition.
8. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle la composition est constituée de : un polyaryléthercétone, un polymère thermoplastique souple, optionnellement un autre polymère que lesdits polyaryléthercétone(s) et polymère(s) thermoplastique(s) souple(s), cet autre polymère étant miscible avec ledit au moins un polyaryléthercétone, et optionnellement un ou plusieurs additifs fonctionnels. 40
9. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dont les particules ont une distribution granulométrique pondérée par le volume, telle que mesurée par diffraction laser, selon la norme ISO 13320:2009, avec un diamètre médian d50 allant de 40 à 140 micromètres, préférablement de 50 à 120 micromètres, et de manière encore préférée de 60 à 110 micromètres.
10. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 ayant une densité tassée supérieure ou égale à 500 kg/m3, telle que mesurée selon la norme ISO 1068 :1975.
11. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 ne présentant pas d’agent d’écoulement et ayant une coulabilité inférieure ou égale à 10 secondes, préférentiellement inférieure ou égale à 7 secondes, et de manière extrêmement préférée inférieure ou égale à 5 secondes, telle que mesurée selon la méthode « A » de la norme ISO 6186 :1998.
12. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , étant amorphe.
13. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 11 , étant cristallisée, présentant préférentiellement un taux de cristallinité supérieur ou égal à 10%, et préférentiellement supérieur ou égal à 15%, et de manière davantage préférée supérieur ou égal à 18%, en poids par rapport au poids total de polymères, tel que mesuré par diffraction aux rayons X.
14. Poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans laquelle ledit au moins un polyaryléthercétone est un polyéthercétonecétone, préférentiellement essentiellement constitué de, et de manière davantage préférée constitué de : un motif téréphtalique et, le cas échéant, un motif isophtalique, le motif téréphtalique (T) ayant pour formule chimique : le motif isophtalique (I) ayant pour formule chimique : avec un ratio molaire T:l allant de 0:100 à 85:15.
15. Procédé de fabrication d’une poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant :
- une étape de fourniture, à l’état fondu, de la composition comprenant ledit au moins polymère thermoplastique souple dispersé dans la matrice polymérique comprenant ledit au moins un polyaryléthercétone ;
- une étape de pulvérisation de ladite composition à l’état fondu, pour former des gouttelettes de composition fondue ;
- une étape de refroidissement des gouttelettes de composition fondue pour former des particules solides ; et,
- optionnellement une ou plusieurs étapes de traitements thermiques.
16. Utilisation d’une poudre selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 dans un procédé de construction d’objets couche-à-couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, dans un procédé de revêtement de poudre, de moulage par compression de poudre ou encore de moulage par compression-transfert de poudre.
17. Objet obtenu par l’un des procédés selon la revendication 16, préférentiellement obtenu par un procédé de construction d’objets couche-à- couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, ledit objet ayant un module élastique strictement inférieur à 4 GPa , tel que mesuré sur une éprouvette de type 1 BA à 23 °C selon la norme ISO 527-1 :2019.
18. Objet obtenu par l’un des procédés selon la revendication 16, préférentiellement obtenu par un procédé de construction d’objets couche-à- couche par frittage provoqué par un rayonnement électromagnétique, ledit objet ayant une résistance au choc Charpy supérieure ou égale à 5 kJ/m2, préférentiellement supérieure ou égale à 6 kJ/m2, préférentiellement supérieure ou égale à 7 kJ/m2, préférentiellement supérieure ou égale à 8 kJ/m2, et de manière extrêmement préférée supérieure ou égale à 9 kJ/m2, pour un barreau entaillé de type A selon la norme ISO 179:2010.
EP22789959.8A 2021-09-28 2022-09-26 Poudre à base de polyaryléthercétone(s) pour la fabrication d'objets ductiles Pending EP4408932A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2110215A FR3127496B1 (fr) 2021-09-28 2021-09-28 Poudre à base de polyaryléthercétone(s) pour la fabrication d’objets ductiles.
PCT/FR2022/051805 WO2023052715A1 (fr) 2021-09-28 2022-09-26 Poudre à base de polyaryléthercétone(s) pour la fabrication d'objets ductiles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4408932A1 true EP4408932A1 (fr) 2024-08-07

Family

ID=78332949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22789959.8A Pending EP4408932A1 (fr) 2021-09-28 2022-09-26 Poudre à base de polyaryléthercétone(s) pour la fabrication d'objets ductiles

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240384095A1 (fr)
EP (1) EP4408932A1 (fr)
JP (1) JP2024536121A (fr)
KR (1) KR20240075873A (fr)
CN (1) CN118369383A (fr)
FR (1) FR3127496B1 (fr)
WO (1) WO2023052715A1 (fr)

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0323142B1 (fr) 1987-12-24 1993-09-08 PIRELLI GENERAL plc Mélanges ternaires comme matière d'enrobage isolante
US6177518B1 (en) * 1997-07-25 2001-01-23 E. I. Du Pont De Nemours And Company Blends of fluoroplastics with polyetherketoneketone
DE19813101A1 (de) 1998-03-25 1999-09-30 Herbert Dressler Vorrichtung zum Versprühen chemisch-technischer Produkte und Verfahren hierzu
US6265492B1 (en) * 1998-06-15 2001-07-24 E. I. Du Pont De Nemours And Company Melt-fabricable polytetrafluoroethylene
GB0125618D0 (en) * 2001-10-24 2001-12-19 Victrex Mfg Ltd Polyaryletherketone polymer blends
DE102004062762A1 (de) 2004-12-21 2006-06-22 Degussa Ag Feinkörniges Polyarylenetherketonpulver
US8013251B2 (en) 2008-03-17 2011-09-06 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. Electrical wire comprising an aromatic polyketone and polysiloxane/polyimide block copolymer composition
DE102008001873A1 (de) 2008-05-20 2009-11-26 Evonik Degussa Gmbh Kerbschlagzähe Polyarylenetherketon-Formmasse
EP2627687B1 (fr) 2010-09-27 2021-09-22 Arkema, Inc. Poudres de polymères traitées thermiquement
FR2982519B1 (fr) 2011-11-10 2020-02-21 Arkema France Procede de broyage de polyaryl ether cetones
WO2014034493A1 (fr) * 2012-08-31 2014-03-06 ダイセル・エボニック株式会社 Composition de résine thermoplastique ignifuge
US9902821B2 (en) * 2012-09-04 2018-02-27 Solvay Specialty Polymers Usa, Llc. High melt flow PEAK compositions
KR102150906B1 (ko) * 2012-09-04 2020-09-02 솔베이 스페셜티 폴리머즈 유에스에이, 엘.엘.씨. 고용융 유동성 peak 조성물
US10246586B2 (en) * 2013-04-17 2019-04-02 Daicel-Evonik Ltd. Light-resistance improver
US10388424B2 (en) * 2015-03-31 2019-08-20 Sabic Global Technologies B.V. Poly(etherimide-siloxane)-aromatic polyketone compositions and articles made therefrom
JP6958546B2 (ja) 2016-04-28 2021-11-02 Ａｇｃ株式会社 含フッ素共重合体組成物、その製造方法、および成形体
PT3339386T (pt) * 2016-12-22 2020-02-19 Arkema France Utilização de um material polímero à base de poli eter-cetona-cetona para reduzir o desgaste
JP7234492B2 (ja) * 2017-01-30 2023-03-08 Ａｇｃ株式会社 組成物から作られる物品
FR3077578B1 (fr) 2018-02-05 2020-01-10 Arkema France Melanges de polyarylethercetones presentant une resistance au choc, un allongement a la rupture et une souplesse ameliores
FR3101634B1 (fr) 2019-10-08 2022-06-03 Arkema France Poudre de poly-aryl-éther-cétone(s) chargée, procédé de fabrication et utilisation correspondants

Also Published As

Publication number Publication date
CN118369383A (zh) 2024-07-19
FR3127496B1 (fr) 2025-01-17
JP2024536121A (ja) 2024-10-04
US20240384095A1 (en) 2024-11-21
WO2023052715A1 (fr) 2023-04-06
FR3127496A1 (fr) 2023-03-31
KR20240075873A (ko) 2024-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3749714A1 (fr) Mélanges de polyarylethercetones presentant une resistance au choc, un allongement a la rupture et une souplesse ameliores
CN102015896B (zh) 芳族聚酮和聚硅氧烷/聚酰亚胺嵌段共聚物组合物
BE1013525A3 (fr) Agent de nucleation, sa preparation et ses applications.
BE1024615B1 (fr) Compositions de polymeres thermiquement conducteurs contenant du noire de carbone
EP4041516B1 (fr) Poudre de poly-aryl-éther-cétone(s) chargée, procédé de fabrication et utilisation correspondants
EP3938181B1 (fr) Procédé de fabrication additive par frittage de poudres à base de poly-aryl-éther-cétone en partie recyclée
FR2938844A1 (fr) Composition comportant un polymere thermoplastique et un graphite expanse
CN103958608A (zh) 树脂组合物和成型品
FR3015506A1 (fr) Composition de poudres de poly-arylene-ether-cetone-cetones autorisant un excellent compromis coulabilite et coalescence adaptees au frittage laser
WO2019138201A1 (fr) Poudre de polymere fluore adaptee au prototypage rapide par frittage laser
EP4408932A1 (fr) Poudre à base de polyaryléthercétone(s) pour la fabrication d&#39;objets ductiles
EP3740530B1 (fr) Poudre de polymere fluore a fenetre de frittage elargie par traitement thermique et son utilisation dans le frittage laser
FR3146475A1 (fr) Composition à base de polyaryléthercétone(s)
FR3146478A1 (fr) Granulés constitués d’une composition comprenant un mélange non-délaminant de polymères
WO2024188725A9 (fr) Mélange de poudres
WO2023281226A1 (fr) Poudre de polymère thermoplastique pour construction d&#39;articles 3d
WO2023281227A1 (fr) Poudre de polymère thermoplastique pour construction d&#39;articles 3d
WO2021074524A1 (fr) POUDRE À BASE DE PAEK(s), UTILISATION DANS DES PROCÉDÉS DE CONSTRUCTION PAR FRITTAGE, OBJET CORRESPONDANTS
EP4084941A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;un produit à base de poly-aryl-éther-cétone et produit correspondants
WO2022144522A1 (fr) Poudre à base de pekk à bas point de fusion, utilisation dans des procédés de construction par frittage, et objet correspondants

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240325

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ARKEMA FRANCE

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20250711