比PEEK更強！碳化硼納米管增強3D打印絲材PEI 9085，航空航天領(lǐng)域的革新材料

導(dǎo)讀：3D打印零件的性能在很大程度上受制于打印材料的特性，高性能工程塑料一直是非金屬3D打印領(lǐng)域追求的尖端方向。聚醚酰亞胺（PEI）是一種高分子聚合物，其耐熱性、電性能、耐化學性和可加工性較好，被廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車和航空航天等領(lǐng)域，如電器絕緣材料、電路板、齒輪、氣墊、密封材料等。目前，市面上已經(jīng)推出了可供3D打印的PEI 9085材料，通常用于制造要求高強度、高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性能的部件和零件。然而，有公司在這款材料上進行了特種改性，使其更為強大。

2024年3月26日，南極熊獲悉，大連義邦 近期引進了一款以ULTEM® PEI 9085 作為基材的特種改性3D打印材料——Polybarb Filament PEI 9085，其中添加了特殊的增強材料“氮化硼納米管（Boron Nitride NanoBarb)”，并通過擠出工藝制成絲材，可用于3D打印。相較于短切碳纖維填充的PEI，它具有更出色的打印機械性能，適用于生產(chǎn)對強度要求更高的零件，能夠滿足航空級別的使用需求，而且易于打印。

△氮化硼納米管增強3D打印絲材Polybarb Filament PEI 9085

氮化硼納米管NanoBarb™的神奇之處

氮化硼納米管是一種革命性材料，于 1995 年首次在實驗室環(huán)境中開發(fā)。這種獨特的材料表現(xiàn)出卓越的物理和化學特性的理想組合，包括電阻率、超疏水性和高熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、強度和剛度。盡管與碳納米管相似，氮化硼納米管的不同之處在于它們具有電絕緣性，并且在更高的溫度下具有熱穩(wěn)定性，從而拓寬了其潛在應(yīng)用。這些特性使氮化硼納米管成為適用于航空航天、汽車、國防和生物醫(yī)學等市場的理想材料。

△碳化硼納米管

據(jù)南極熊了解，氮化硼納米管NanoBarb™的工程表面增強了復(fù)合材料的性能，氮化硼被制造成不規(guī)則形狀，就像“鋼筋”一樣，使用機械“倒鉤”來優(yōu)化與基體材料的聯(lián)鎖，從而增強增強性能。NanoBarb™ 通過降低范德華引力（最大限度地減少顆粒之間的接觸面積）簡化了納米材料的處理和加工，從而在與其他材料混合時實現(xiàn)更高的負載量而不會團聚。

△氮化硼納米管NanoBarb™增強材料性能的原理圖

碳化硼納米管增強PEI 9085比PEEK性能更強、打印更容易

PEEK（聚醚醚酮）是高性能3D打印材料中最為人熟知的一款，其打印溫度高達400℃左右，PEEK在航空、汽車和醫(yī)療領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用前景。與PEEK相比，氮化硼納米管增強的PEI 9085 3D打印絲材仍具有明顯優(yōu)勢。
PEEK和PEI之間的一個主要區(qū)別在于它們的形態(tài)結(jié)構(gòu)不同。PEI是無定形的，而PEEK是半結(jié)晶的（包含無定形和結(jié)晶區(qū)域）。這在高溫下的性能方面產(chǎn)生了很大影響，PEI 9085的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）約為215℃，而PEEK的玻璃轉(zhuǎn)化溫度為150℃，玻璃轉(zhuǎn)化溫度越高，熱變形程度就越小，打印成品的精度和質(zhì)量也越高。拉伸強度可與PEEK材料匹敵甚至更高。

△氮化硼納米管增強PEI 9085與三款國產(chǎn)PEEK性能對比

另一個優(yōu)勢在于處理溫度。相較于PEEK通常需要約400°C的加工溫度，而PEI 9085具有更低的加工溫度（約350°C）。

同時，PEEK在3D打印過程中存在粘連和翹曲的問題。相比之下，PEI 9085具有更好的粘合性能，不易翹曲，使其更適合于3D打印程序，PEI 9085的打印成功率也PEEK更高，打印成功率高達95%。

最后，雖然PEI 9085和PEEK均為高性能工程塑料，但它們在后處理方面存在一些差異。PEEK具有更高的耐熱性和優(yōu)越的機械性能，但后處理更為復(fù)雜，需要更多工藝步驟以獲得理想的表面質(zhì)量。相比之下，PEI 9085在后處理方面相對較容易加工，它對后處理步驟的需要更少，適用于對高溫穩(wěn)定性和機械性能要求稍低的應(yīng)用。

此外，在航空認證方面，PEEK和PEI 9085的3D打印絲材都符合UL 94-V0等級，在10秒內(nèi)自行熄滅，但PEI 9085的介電強度和阻燃性均優(yōu)于PEEK。PEI 9085 材料因其低煙霧、低毒性以及固有的阻燃性而獲得了航空FST認證。

△氮化硼納米管增強PEI 9085阻燃測試

氮化硼納米管增強PC/PBT絲材

除了將碳化硼納米管用于增強PEI 9085之外，他們還開發(fā)了氮化硼納米管增強的PC/PBT 3D打印絲材。聚碳酸酯（PC）是一種耐沖擊的熱塑性塑料，而聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）則是一種具有良好加工性能、耐熱性能和化學穩(wěn)定性的工程塑料。將PC和PBT結(jié)合，再加入氮化硼納米管，可以制造出一種性能更加全面的3D打印材料。

△碳化硼增強的PC/PBT絲材

氮化硼納米管增強PC/PBT與碳纖維增強的尼龍絲材相比具有更加精細的打印效果，耐久性和層間強度，可以為3D打印制造商提供納米級增強的材料，以滿足其打印需求。

氮化硼納米管用于提升聚合物的性能是其典型應(yīng)用，因此生產(chǎn)商將氮化硼納米管首次應(yīng)用于3D打印絲材，實現(xiàn)了PC/PBT, PEI 9085等3D打印絲材的納米級增強，與碳纖維增強的絲材相比，具有多種優(yōu)勢。

氮化硼納米管增強PEI9085材料的生產(chǎn)商BNNano

BNNano , Inc.由Steve Wilcenski博士和Jason Taylor博士于2016年創(chuàng)立。他們采用無催化劑、專利技術(shù)進行生產(chǎn)。與傳統(tǒng)氮化硼納米管不同的是，在納米管的外表形成了不規(guī)則的六方氮化硼結(jié)晶體。這種結(jié)構(gòu)最顯著的優(yōu)勢是在與基體材料混合時，優(yōu)化氮化硼納米管顆粒與基體材料之間的交聯(lián)，從而增強復(fù)合材料的機械性能。

BNNano, Inc.擁有商業(yè)上可行的氮化硼納米管制造工藝，成本比任何競爭對手低幾個數(shù)量級，而且質(zhì)量更高。NanoBarb™是一種獨特的增強型氮化硼納米管。當添加到普通材料中時，NanoBarb™ 可以改善其自然特性，將其變成非凡的材料。這意味著鋁可以變得像鋼或鈦一樣堅固。這意味著銅可以提供先進的熱管理解決方案。這意味著聚酯可以表現(xiàn)得像 Kevlar™。這意味著散熱器可以由塑料制成。簡而言之，這意味著水凈化、防火和高超音速飛行方面的新能力。

BNNano已為NASA、全球政府實驗室等提供材料合作，歡迎了解和測試氮化硼增強PEI 9085 3D打印絲材和氮化硼納米管。

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