用于3D打印的阻燃材料

魔猴君  知識(shí)堂   233天前

根據(jù)韋氏詞典的定義，阻燃材料是“經(jīng)過制造或處理以抵抗燃燒”的材料。換句話說，阻燃材料有助于在發(fā)生火災(zāi)時(shí)維持正常運(yùn)行，而阻燃材料則可以積極防止火勢(shì)蔓延。2022年，這些材料的市場(chǎng)價(jià)值為86.3億歐元，它們被用于家具、紡織品、電子甚至建筑等各個(gè)領(lǐng)域。它們?cè)谠霾闹圃祛I(lǐng)域的重要性也在增加，特別是對(duì)于存在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的最終零件。市場(chǎng)上有多種解決方案，包括3D打印長(zhǎng)絲、樹脂和粉末，我們將在下面的列表中仔細(xì)研究這些選項(xiàng)。

一、細(xì)絲線材

高性能材料

高性能材料代表了一組能夠承受苛刻環(huán)境的聚合物，無論是在溫度方面還是機(jī)械和化學(xué)應(yīng)力方面。這些材料具有復(fù)雜的熱曲線，通常用于工業(yè)應(yīng)用，主要用于航空航天、汽車和鐵路領(lǐng)域。它們通常具有固有的阻燃性。

如果我們從屬于PAEK系列的PEEK開始，它除了具有很高的機(jī)械和化學(xué)耐受性外，還具有較高的可燃溫度。長(zhǎng)絲形式的PEEK制造商有很多，特別值得一提的是Victrex、Evonik、3DXTech等。我們還可以引用PEKK，這是一種不會(huì)釋放有毒煙霧的阻燃材料。它是一種非常耐磨損和耐液體的聚合物。最后，當(dāng)我們談?wù)揚(yáng)EEK和PEKK時(shí)，很難不提到PEI（或ULTEM）。熱塑性塑料還具有阻燃性。此外，ULTEM?9085經(jīng)過低火、低煙、低毒(FST)應(yīng)用認(rèn)證，其可燃性等級(jí)為UL 94 V-0。

仍然在高性能材料中，PVDF（聚偏二氟乙烯）具有阻燃性。它以其極高的耐化學(xué)性和低摩擦系數(shù)而聞名——它在螺母、螺釘?shù)鹊纳a(chǎn)中特別受歡迎。至于增材制造長(zhǎng)絲制造商，Nanovia和Solvay提供PVDF。

最后，我們可以使用PPSU，它除了具有有趣的熱性能外，還以極強(qiáng)的耐水解、耐水和耐沖擊性而聞名。巴斯夫品牌Forward AM提供用于3D打印的PPSU線材，非常適合航空航天業(yè)。

采用PPSU的3D打印零件（照片來源：Zortrax）

聚碳酸酯（PC）

聚碳酸酯(PC)是一種因其透明度而引人注目的熱塑性塑料，這就是它被稱為類似玻璃的材料的原因。除了這一獨(dú)特的特性外，它還具有出色的堅(jiān)固性、抗沖擊性和耐磨性以及高達(dá)140°C的機(jī)械耐受性。它本身具有阻燃性，并且能夠承受反復(fù)的蒸汽滅菌。即使在低至-20°C的溫度下，其電阻仍然很高。聚碳酸酯通常用作多個(gè)領(lǐng)域3D打印的細(xì)絲，包括用于原型的制造。它們的應(yīng)用范圍包括汽車頭燈、建筑部件、鑄件以及電氣設(shè)備半透明外殼的生產(chǎn)。早在1958年，德國(guó)拜耳就將工業(yè)聚碳酸酯引入市場(chǎng)。如今，Polymaker、Kimya和UltiMaker等多家制造商都提供這種材料，反映出它在許多工業(yè)和制造領(lǐng)域日益普及和實(shí)用。

照片來源：3djake

其他阻燃材料

盡管ABS和聚酰胺（尼龍）這兩種流行的熱塑性塑料因其強(qiáng)度和多功能性而廣泛用于3D打印，但它們本身并不阻燃。然而，可以通過對(duì)其進(jìn)行改性并添加某些特定添加劑來使其具有阻燃性。市場(chǎng)上有阻燃ABS長(zhǎng)絲，例如3DXTech的Fire FR-ABS，由高品質(zhì)阻燃ABS制成，評(píng)級(jí)為UL94 V-0，這意味著它具有出色的防火性能。這種類型的燈絲具有自熄特性，非常適合汽車或航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。同樣，PA Rail Nanovia聚酰胺長(zhǎng)絲符合不可燃性標(biāo)準(zhǔn)，專為滿足鐵路行業(yè)的要求而設(shè)計(jì)。該長(zhǎng)絲由聚酰胺（尼龍）和陶瓷阻燃劑組成，可防止火焰蔓延，確保發(fā)生火災(zāi)時(shí)的安全性。

照片來源：Polyfab3D

二、樹脂阻燃材質(zhì)

Formlabs阻燃樹脂

阻燃樹脂是使用SLA（立體光刻）技術(shù)制造自熄部件的有效且廉價(jià)的解決方案。這種樹脂旨在承受高溫，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)不會(huì)蔓延火焰，為航天、航空、電子和醫(yī)藥等受嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)約束的行業(yè)提供了解決方案。通過滿足UL 94 V-0標(biāo)準(zhǔn)，即使在高溫和靠近火源的工業(yè)環(huán)境中，也能保證生產(chǎn)安全可靠的零件。經(jīng)過80°C 120分鐘的后處理后，這些零件在0.45 MPa下的載荷撓曲溫度為111°C，確保了其長(zhǎng)期強(qiáng)度和功能。

照片來源：Formlabs

阻燃材料EPX 86FR

EPX 86FR是由Carbon制造商開發(fā)的阻燃樹脂。它的特點(diǎn)是堅(jiān)韌和耐用，可在苛刻的環(huán)境中提供可行的解決方案。它具有自熄性能并獲得BlueCard認(rèn)證，符合最嚴(yán)格的消防安全標(biāo)準(zhǔn)。此外，EPX 86FR可有效抵抗高溫、熱沖擊、化學(xué)品和濕度變化，而不會(huì)影響其基本機(jī)械性能。這種樹脂可應(yīng)用于以韌性、耐火性以及精度和表面質(zhì)量為基本標(biāo)準(zhǔn)的各個(gè)領(lǐng)域。因此，這種材料廣泛應(yīng)用于工業(yè)、消費(fèi)品和汽車行業(yè)。實(shí)際應(yīng)用示例包括電子外殼和機(jī)架、連接器和扎帶的制造。

照片來源：碳

Cubicure Evolution FR

Cubicure Evolution FR是同類產(chǎn)品中第一個(gè)獲得UL94 V0分類的產(chǎn)品，使其成為電子和交通等行業(yè)的最佳選擇。這種材料具有卓越的精度和表面質(zhì)量，同時(shí)具有高達(dá)80°C的耐熱性。Cubicure Evolution FR可實(shí)現(xiàn)分辨率高達(dá)10μm的精確3D打印。作為首款用于樹脂3D打印的阻燃光聚合物，它代表了備件和功能原型生產(chǎn)的解決方案。其UL94 V0等級(jí)保證火焰在短短10秒內(nèi)自熄，這一特性以前是為擠出和激光粉末床熔融工藝中使用的材料保留的。憑借其無鹵素成分并符合最嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)，Cubicure Evolution FR被定位為工業(yè)3D打印的首選，特別是在阻燃性至關(guān)重要的應(yīng)用中。

照片來源：Cubicure

樹脂3955 HDT280 FST

由樂泰開發(fā)的3955 HDT280 FST阻燃樹脂具有非常好的物理和表面光潔度性能。作為符合UL94-V0標(biāo)準(zhǔn)的高性能無鹵材料，它非常適合最苛刻行業(yè)的連接器、夾子、插座、電子外殼和內(nèi)飾件的增材制造。由于其在垂直燃燒測(cè)試中的性能，該樹脂完全符合FST航空航天標(biāo)準(zhǔn)，從而保證了制造零件的安全性和可靠性。因此，使用這種樹脂（主要使用工業(yè)DLP技術(shù)）3D打印的零件在惡劣的熱環(huán)境中不會(huì)變形。這為其在航空航天和鐵路等領(lǐng)域的使用鋪平了道路。

三、粉末阻燃材質(zhì)

阻燃材料PA 2210 FR

高阻燃聚酰胺PA 2210 FR是一種高性能材料，已通過UL藍(lán)卡認(rèn)證且符合CS/FAR 25.853標(biāo)準(zhǔn)，適用于多個(gè)行業(yè)的各種應(yīng)用。這種無鹵素、因此無毒的材料具有先進(jìn)的機(jī)械性能，拉伸強(qiáng)度為46 MPa，彎曲強(qiáng)度為65 MPa。PA 2210 FR為復(fù)雜零件提供了更大的設(shè)計(jì)自由度，并能夠制造大型部件，而其0.15mm的層厚度確保了復(fù)雜細(xì)節(jié)和精確特征的忠實(shí)再現(xiàn)。其低可燃性使其成為優(yōu)先考慮防火的環(huán)境中的特別相關(guān)選擇，特別是在建筑、運(yùn)輸、航空航天和電子領(lǐng)域。

圖片來源：Materialise

DuraForm?FR 100阻燃材料

DuraForm?FR 100是3D Systems的一種阻燃熱塑性塑料，是一種為減少燃燒過程中煙霧產(chǎn)生和有毒副產(chǎn)品而開發(fā)的解決方案。該材料符合UL94 V-0標(biāo)準(zhǔn)，符合各種消費(fèi)類應(yīng)用最嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。該材料以粉末形式提供，具有高韌性和良好的抗沖擊性，使其成為3D打印的理想選擇，特別是選擇性激光或SLS燒結(jié)。DuraForm?FR 100專為滿足航空航天、汽車和消費(fèi)品行業(yè)需要防火和低煙霧毒性的需求而設(shè)計(jì)。因此，它可用于制造飛機(jī)機(jī)艙、電器、無人機(jī)和盒子。

照片來源：3D Systems

來源：3dnatives