由不可熔融加工的聚合物形成物品的方法以及由此形成的物品的制作方法

专利名称：由不可熔融加工的聚合物形成物品的方法以及由此形成的物品的制作方法
技术领域：
本披露总体上涉及用于形成含不可熔融加工的聚合物的物品的方法以及含不可熔融加工的聚合物的物品。
背景技术：
当使用缺乏熔体粘度或具有高熔体粘度的合成树脂时，不能使用将热塑性聚合物形成物品的常规熔融加工技木。相反，典型地是将此类不可熔融加工的聚合物通过向粉末施加压カ而浇注进入成型的物品中。常用技术包括直接成型、热压缩模制、以及等静压压 制。等静压压制是用在高要求的应用中，因为它提供了个向同性的特性。常规的等静压压制技术包括将ー种聚合物材料包封在ー种封装剂中、之后是在该包胶囊过的聚合物材料上施加等静压力。例如，在冷等静压压制(CIP)的情况下，可以将ー种聚合物材料放置在一个抽空的橡胶袋中井随后使其经受外部的等静压力。常规的热等静压压制(HIP)技术包括将ー种聚合物材料包封在ー个金属容器中(日本专利号JP63281809A)或者包括浸没在ー种低熔融的合金中(加拿大专利号CA890515A)或者玻璃中，之后是施加等静压力。在ー个HIP过程的情况下，也将该包胶囊过的聚合物材料加热。此类压制技术通常产生废弃物，如来自封装剂的废弃物。在浸没技术的情况下，附加的化学处理以及物品清洁产生了化学废弃物以及另外的加工步骤两者。照这样，用于不可熔融加工的聚合物的改进的加工技术将是令人希望的。

发明内容
在一个示例性实施方案中，ー个等静压压制过程包括预成型一个生坯部分，之后是不利用封装剂的ー个热等静压(HIP)过程。ー种封装剂被定义为覆盖暴露于HIP的物品的ー个障碍层。在一个实例中，利用ー种压缩技术将ー个物品形成为ー个生坯体。例如，可以将该生坯压缩至不大于8%的孔隙率。孔隙率定义为计算的与理论的密度之间的百分比差。一个生坯零部件或生坯定义为已经过冷压的一个零部件。使该生坯体经受ー个HIP过程，如在至少3KSIA的压カ下。在该HIP过程之前，可以使该生坯体在升高的温度下在ー种惰性气氛中经受ー个烧结过程。可以将得到的热处理过的坯体进行冷却以形成该物品或者可以将其进行进一歩加工，如通过将该坯体进行机加工或者通过将该本体附连至其他部件上以形成该物品。特别地，该物品具有所希望的密度以及改进的机械特性。在一个实施方案中，该方法可以利用聚合物材料进行，如氟聚合物、聚酰胺、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯、聚醚、聚醚酮、聚芳醚酮、聚砜、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、酚醛树脂、ニ烯烃弾性体、聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚亚苯甲酰基苯并咪唑、热塑性聚氨酯、ー种苯こ烯的共聚物、或它们的任何共混物或组合。具体地说，该聚合物材料包括ー种聚酰亚胺、一种聚芳酰胺、聚苯并咪唑类、聚苯并噁唑类、聚亚苯甲酰基苯并咪唑、氟聚合物、聚芳醚酮、一种聚酯或它们的任何组合。
一种示例性的聚酰胺包括尼龙6、尼龙6，6、尼龙11、尼龙12、或它们的任何组合。一种示例性聚芳醚酮可以包括聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚醚酮酮、或它们的任何组合。在一个具体实例中，该聚芳醚酮可以包括聚醚醚酮(PEEK)。一种示例性的苯乙烯的聚合物包括一种具有至少一个聚苯乙烯嵌段的聚合物，如聚苯乙烯或丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、或它们的任何组合。一种示例性酚醛树脂包括一种甲阶酚醛树脂或一种线性酚醛树脂。一种示例性的氟聚合物包括氟化的乙烯丙烯(FEP);聚四氟乙烯(PTFE);聚偏二氟乙烯(PVDF);全氟烷氧基(PFA);四氟乙烯、六氟丙烯以及偏二氟乙烯的一种三聚物(THV);聚氯三氟乙烯(PCTFE);乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE);乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE);乙烯、六氟丙烯、以及四氟乙烯的一种三聚物；或者它们的任何组合。在一个另外的实例中，该聚合物是一种聚酯，如聚对苯二甲酸乙二酯。在另一个实例中，该聚酯是一种液晶聚合物。一种示例性的液晶聚合物包括芳香族聚酯聚合物，如在商品名XYDAR (阿莫科公司(AMOCO))、VECTRA (塞拉尼斯公司(H0ECHSTCELANESE))、SUMIK0SUPER (住友化学工业株式会社(SUMITOMO CHEMICAL))、EK0N0L (圣戈班公司(SAINT-G0BAIN) )、DUPONT HX 或 DUPONT ZENITE (杜邦公司(E. I. DUPONT DE NEMOURS))、R0DRUN (安美来公司(UNITIKA))、GRANLAR (GRANDM0NT)下可得到的那些，或它们的任何组合。在一个具体实例中，该方法可以利用聚合物材料、如不可熔融加工的聚合物来进行。一种不可熔融加工的聚合物可以具有不大于0.01G/10MIN的熔体流动指数(MFI)值。MFI被定义为归因于对于所测试的聚合物而言独特的压力，一种聚合物在10分钟内流动穿过一个特定直径和长度的毛细管的以克为单位的重量。该试验描述在ASTM D1238中。可替代地，该不可熔融加工的聚合物可以不展现出一个熔体粘度。一种示例性的不可熔融加工的聚合物可以包括一种聚酰亚胺、一种聚芳酰胺、聚苯并咪唑类、聚苯并噁唑、聚亚苯甲酰基苯并咪唑、氟聚合物、聚芳醚酮、或它们的任何组合。一种示例性的氟聚合物包括聚四氟乙烯。具体地，该聚合物可以包括聚酰亚胺。一种示例性的聚酰亚胺包括由一种二胺与一种二酐的聚酰胺酸产物的酰亚胺化反应形成的一种聚酰亚胺。一种示例性的二胺包括二氨基二苯醚(ODA)、4，4' -二氨基二苯丙烷、4，4' -二氨基二苯甲烷、4，4' -二氨基二苯胺、联苯胺、4,4' -二氨基二苯基硫化物、4,4' -二氨基二苯基砜、3,3' -二氨基二苯基砜、4，4' - 二氨基二苯基醚、双-(4-氨基苯基)-二乙基硅烷、双-(4-氨基苯基)-苯膦氧化物、双-(4-氨基苯基)-N-甲胺、I, 5-二氨基萘、3, 3' - 二甲基-4,4' - 二氨基联苯、3,3' - 二甲氧基联苯胺、1，4-双-(P-氨基苯乙基)-苯、I, 3-双-(P-氨基苯乙基)-苯、间苯二胺(MPD)、对苯二胺(PH))、或它们的任何混合物。在一个具体实例中，该二胺是二氨基二苯醚(ODA)jn 3，4’ -二氨基二苯醚或4，4’ 二氨基二苯醚。具体地，该ODA可以是4，4’_ 二氨基二苯醚。在另一个实例中，该二胺是间苯二胺(MPD)、对苯二胺(PH))、或它们的任何组合。一种实例的二酐包括均苯四酸二酐(PMDA)、2，3，6，7_萘四羧酸二酐、3，3'，4，4'-联苯四羧酸二酐、1，2，5，6_萘四羧酸二酐、2，2'，3，3'-联苯四羧酸二酐、2，
2-双-(3,4- 二羧基苯基)-丙烧二酐、双-(3,4- 二羧基苯基)-讽二酐、双-(3,4- 二羧基苯基)-醚二酐、2, 2-双-(2, 3- 二羧基苯基)-丙烧二酐、I, I-双-(2, 3- 二羧基苯基)-乙烧二酐、I, I-双-(3,4- 二羧基苯基)-乙烧二酐、双-(2,3- 二羧基苯基)-甲烧二酐、双-(3,4-二羧基苯基)-甲烷二酐、3，4，3'，4' -二苯甲酮四羧酸二酐、或它们的任何混合物。在一个具体实例中，该二酐是均苯四酸二酐(PMDA)。在另一个实例中，该二酐是二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)或联苯四羧酸二酐(BPDA)。在一个具体实例中，该聚酰亚胺是不可熔融加工的。例如，该聚酰亚胺可以由含PMDA与ODA的反应物的聚酰胺酸产物形成。另外，该聚合物材料可以包括分散在一种母体聚合物中的一种填充剂。该母体聚合物形成了一个连续的相，该填充剂分散在该相中。一种示例性填充剂可以包括一种有机填充剂如一种聚合物填充剂、或一种无机填充剂如一种陶瓷填充剂、或一种金属填充剂、或它们的任意组合。该填充剂可以是一种固体润滑剂、一种陶 瓷或矿物填充剂、一种聚合物填充剂、一种纤维填充剂、一种金属微粒填充剂、或盐类或它们的任何组合。一种示例性的固体润滑剂包括聚四氟乙烯、二硫化钥、二硫化钨、石墨、单层石墨、膨胀石墨、氮化硼、滑石、氟化钙、氟化铈、或它们的任何组合。一种示例性的陶瓷或矿物包括氧化铝、硅石、二氧化钛、氟化钙、氮化硼、云母、硅灰石、碳化硅、氮化硅、氧化锆、碳黑、颜料类、或它们的任何组合。一种示例性的聚合物填充剂包括聚酰亚胺、液晶聚合物如EKONOL 聚酯、聚苯并咪唑、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、以上列出的聚合物中任何一种、或它们的任何组合。一种示例性的纤维包括尼龙纤维、玻璃纤维、碳纤维、聚丙烯腈纤维、聚芳酰胺纤维、聚四氟乙烯纤维、玄武岩纤维、石墨纤维、陶瓷纤维、或它们的任何组合。示例性的金属包括青铜、铜、不锈钢、或它们的任何组合。一种示例性的盐包括一种硫酸盐、一种硫化物、一种磷酸盐、或它们的任何组合。在加工之前，该聚合物材料可以处于粉末的形式。该粉末可以具有在I微米至500微米的范围内的平均粒度(初级颗粒)。另外，该聚合物材料具有所希望的表面积，如在5m2/g至200m2/g的范围内。例如，该粉末聚合物材料的表面积可以为至少10m2/g，如在30m2/g至120m2/g的范围内。在一个实例中，可以使用一种压缩技术将该聚合物材料形成一个生坯体。例如，可以将该聚合物材料进行压力模制，如冷压缩进一个模具中。在另一个实例中，可以在一种封装剂的存在下将该部件进行冷等静压压制。在一个另外的实例中，可以将该聚合物的材料进行RAM挤出，其中通过往复柱塞来增加地填充该聚合物材料以形成该生坯体。在一个另外的实例中，可以将该聚合物材料模压成所希望的形状。模压包括将一个粉末压制进一个具有形状的模具中。具体地，此类技术典型地是在低于该聚合物材料的熔点的温度下进行。例如，该温度可以是小于300°C，如小于100°C、小于50°C、或者甚至不大于30°C或大约是室温。在一个具体实例中，该生坯体的孔隙率可以是相对于理论值不大于8%，如不大于6.5%。例如，该孔隙率可以在3%至8%的范围内，如在3. 5%至8%的范围内、在3. 5%至
6.5%的范围内、或甚至在5%至6. 5%的范围内。在一个实施方案中中，该方法在形成该生坯体之后但是在HIP之前包括烧结，使该生坯体经受烧结以形成一个烧结体。烧结包括在一种惰性气氛中在或低于大气压力下加热一个样品。在一个实例中，烧结是在一种惰性气氛中进行。例如，烧结可以在一种惰性气体如氮气或一种稀有气体的存在下进行。具体地，一种稀有气体可以包括氦气或氩气。在一个实例中，烧结是在至少100°c的温度下进行。例如，烧结温度可以是在200°C至500°C的范围内、如在200°C至450°C的范围内。该烧结可以在一个压力下进行，如在从O至I. 5KSI范围内的压力下；或者可以在真空下进行。该烧结可以进行至少I小时的时间段。例如，烧结可以进行至少2小时的时间段，如至少3小时的时间段、或甚至至少4小时。在一个实例中，烧结可以进行不超过48小时的时间段，如不超过24小时。使一个生还或烧结体经受HIP过程。例如,可以使用HIP不利用封装剂对一个生还或烧结体进行进一步加工。热等静压压制(HIP)包括在具有的压力大于大气压的环境中加热一个物品，在此也称为等压热处理。具体地，目前的HIP过程向缺乏中间封装剂的坯体直接提供了等静压力。该HIP过程可以在至少3KSI、如至少5KSI的压力下进行。例如，该压力可以为至少10KSI，如在10KSI至30KSI的范围内。另外，该HIP过程可以在至少200°C的温度下进行。例如，该温度可以在200°C至500°C的范围内，如在200°C至450°C的范围内。在一个具体实例中，该HIP过程可以在高于该烧结温度的温度下进行。可替代地，该HIP过程可以在近似于该烧结温度的温度下、或者在小于该烧结温度的温度下进行。在一个具体实施例中，在该HIP过程之前允许该烧结过的坯体冷却，在此称为“烧 结-HIP”过程。例如，在随后的HIP过程之前允许该烧结过的坯体冷却至小于200°C的温度，如小于150°C的温度、小于100°C的温度、或甚至近似于室温的温度。在一个替代实施方案中，在该HIP过程之前不允许该烧结过的坯体随后冷却。例如，当该烧结过的坯体在至少200°C的温度下时，例如在该烧结温度的10°C以内，可以向该烧结过的坯体施行热处理。在一个具体实施例中，烧结和等静压力下的热处理可以在同一个容器中进行。在这样一个实施方案中，可以维持该烧结温度并将压力增大以进行该HIP过程。在一个另外的实例中，可以将该生坯体在一个容器内进行烧结并且随后用一个或多个热处理在同一个容器中在至少200°C的温度下以及至少3KSI的压力下进行处理。在一个具体实例中，可以在一个第一温度下在近似的大气压下将一个生坯体进行烧结、随后在至少200°C的第二温度以及至少3KSI的第二压力下进行加热、之后是在至少200°C的第三温度以及至少3KSI的第三压力下进行一个或多个随后的热处理。可替代地，可以使该生坯体 经受该没有烧结的HIP过程，在此称为“SHIP”过程。随后，可以将该烧结过并且热处理过的坯体冷却至室温。冷却能以5°C /MIN至50°C/MIN范围内的速率进行，如5°C/MIN至30°C/MIN范围内的速率、或10°C/MIN至25°C /MIN范围内的速率。可替代地，可以将该烧结过的并且热处理过的坯体骤冷，如浸泡在一种液体冷却剂中或者经受一种气体冷却剂。任选地，可以将得到的聚合物部件进行另外的处理，如退火。例如，可以在升高的温度下但是不在压力下进行热处理，持续延长的时间段。具体地，退火是在小于该烧结温度的温度下进行。在另一个实例中，退火是在小于该热等静压压制温度的温度下进行。退火可以减小应力或者从该聚合物部件中蒸发水分以及挥发性化合物。可以将得到的坯体进行进一步加工，如机加工、用工具加工、磨削、抛光、或它们的任何组合。进一步，可以将该坯体附连至其他部件上以形成一个物品。在一种具体方法中，可以将一种聚合物粉末以及任选的添加剂进行模压以形成一个具有形状的生坯体。可以使该具有形状的生坯体经受该SHIP过程。例如，可以使该具有形状的生坯体经受该SHIP过程以形成一个网形的部件，该部件不利于进一步的机加工来提供物品轮廓。产生的该物品的聚合物部件可以具有所希望的密度以及机械特性。例如，该物品的聚合物部件的孔隙率可以是不大于4%，如不大于2. 5 %、不大于I %、不大于0. 8 %、或甚至不大于0.5%。具体地，该聚合物部件可以展现出一种密度改变，被定义为相对于用相同的不可熔融加工的聚合物在相同温度下形成的一个烧结过的物品而言在密度上的百分比增加，为至少1%,如至少2. 5%、或甚至至少4%。在一个实例中，该聚合物部件在加工之后具有所希望的孔大小。在一个实例中，该平均孔大小是不大于I. 0微米，如不大于0. 5微米、或甚至为0. 2微米，如使用HG孔隙率测定法所测量的。在一个实例中，该聚合物部件可以具有至少1.4的比重，如至少I. 41、至少1.42、或甚至至少I. 43。此外，该聚合物部件可以具有至少140MPA的挠曲强度，如至少145MPA、至少150MPA、甚至至少152MPA。具体地，该聚合物部件可以展示出一种挠曲性能，被定义为相对于利用相同的生坯体形成条件以及烧结温度所形成的一个烧结过的部件而言在挠曲 强度上的百分比增大，为至少5%，如至少10%。以上描述的方法的实施方案提供了所希望的技术优点。例如，以上描述的方法的实施方案减小了与封装剂相关的废弃物并且由于减少的方法步骤而提高了生产量以及生产率。实施方案提供了具有改进的密度以及机械特性的物品。在一个实例中，以上描述的方法使之能够形成具有低粘度并且没有工具痕的网形物品。例如，可以将生坯进行模压并且经受一个SHIP过程来形成不用进一步机加工的网形物品。照这样，该物品表面的至少一部分没有工具痕，如该表面的一个实质部分。具体地，此类方法可以将模具成型的生坯致密化到具有至少I. 4的比重，这单独使用模压是不能实现的。在一个具体实例中，该聚合物部件的聚合物包括聚酰亚胺。例如，该聚酰亚胺可以是ODA与PMDA的一种产物。进一步地，该聚酰亚胺可以具有至少5m2/g的表面积,如至少10m2/g。在一个实例中，该聚酰亚胺可以是一种直接可形成的聚酰亚胺，如选自从圣戈班公司(SAINT-GOBAIN CORPORATION)可得的 MELDIN 7000 系列的一种聚酰亚胺。在一个实例中，该聚酰亚胺聚合物部件可以具有至少I. 4的比重，如至少I. 41、至少I. 42、或甚至至少I. 43。此外，该聚合物部件可以具有至少140MPA的挠曲强度，如至少145MPA、至少150MPA、或甚至至少152MPA。具体地，该聚合物可以展现出一种挠曲性能，被定义为相对于利用相同的生坯体形成条件以及烧结温度所形成的一个烧结过的部件而言在挠曲强度上的百分比增大，为至少5%，如至少10%。
具体实施例方式实例I使从圣戈班公司可得的MELDIN 7001聚酰亚胺经受冷(室温)等静压压制(CIP)来在10KSI、15KSI、20KSI、或30KSI下形成多个生坯杆。使这些生坯杆经受该SHIP过程以生产出SHIP样品。该SHIP过程是在一个加热炉中进行，将温度增大到400C并同时将压力增大到15KSI。将这些样品在400C以及15KSI下维持I小时。随后将该加热炉减压并冷却到室温。比重值展示在表I中。
如所展示的，孔隙率对比重具有显著影响。另外，通过一个不利用封装剂的SHIP过程可以实现具有低粘度(7%-8%)的一个生坯部分的致密化。然而，将具有大于8%的孔隙率值的样品暴露于该SHIP过程并不提供材料密度上的增大。表I.孔隙率与HIP过程的相关性
样品编号CIP压力(KSI) 生坯孔隙率(％) SHIP后的比重
11020.41.12
21513.71.31
3206.51.41
4304.81.42实例 2
将从圣戈班公司可得的两种不同MELDIN 7001聚酰亚胺使用一个单轴压机在80KSI下冷压成直径I. 25英寸且厚度0. 20英寸的多个盘。这些聚合物样品具有相同的组成和分子量，但是具有不同的比表面积。样品I和样品2分别代表具有60m2/g和90m2/g的比表面积值的聚酰亚胺粉末。将一组盘在N2气氛中在400C下烧结4小时。使一组生坯盘以及一组烧结过的圆盘在氩气的存在下在15KSI和400C下经受2小时的HIP过程而不利用封装剂，以生产多个SHIP以及烧结-HIP样品。将该HIP过程之前的材料的密度与该HIP过程之后的密度进行比较，如表2中所展示的。表2.聚酰亚胺样品的比重
样品孔隙率(％)比重挠曲强度(MPA)
生坯烧结过的烧结-HIP SHIP烧结-HIP SHIP
13.5 4.51.40 1.43 134.3 151.4
24.0 5.91.38 1.42 128.3 151.5将这些聚酰亚胺样品(盘)机加工成2X2. 66X27丽的尺寸，并经受3点弯曲测试以计算出挠曲强度，接近于ASTM D790。结果在表2中列表显示。如所展示的，这些SHIP样品与烧结过的以及烧结-HIP样品相比展现出了对于比重和挠曲强度而言更高的值。这些挠曲强度值比对于其他等压模制的PMDA/0DA聚酰亚胺、如MELDIN 7001(圣戈班公司)或VESPEL SP-I (DUPONT)所报道的那些值(报道为约105MPA至110MPA) (MELDIN7000系列产品目录以及VESPEL DESIGN HANDBOOK)相比是更大的。鉴于不同的不可熔融加工的聚合物可在烧结过程中展示出密度上的减小，出乎意料地的是使用不含封装剂的HIP过程进行的不可熔融加工的聚合物是致密化。具体地，在一种气态环境中、在该气态环境与该物品或部件之间缺乏一种中间材料(封装剂)时进行了一个热等静压压制过程。相比之下，现有技术利用了封装剂。另外，已经发现该没有封装剂的HIP过程在该生坯体具有8%或更小的孔隙率时是特别有效的。当该生坯具有显著大于8%的孔隙率时，观察到极小的致密化。然而，当该生坯体具有8%或更小的孔隙率时，该HIP过程可以实现0.7%或更低的孔隙率，如0.5%或更低。
在一个第一实施方案中，一种制备物品的方法包括压缩一种聚合物材料以形成一个具有小于8%的孔隙率的坯体，并且将该坯体在至少3KSI的压力下在没有封装剂的惰性气氛中进行热等静压压制(HIP)。可以在热等静压压制(HIP)之前将该坯体在一种惰性气氛中进行烧结。在该第一实施方案的一个实例中，压缩包括模压。在该第一实施方案的另一个的实例中，该热等静压压制(HIP)是在产生自烧结的热状态下的该本体上进行。在另一个实例中，该烧结以及热等静压压制(HIP)是在同一个容器中进行。该烧结可以在至少200C的温度下进行，如在200C至500C范围内、或200C至450C范围内的温度下。在一个实例中，该烧结进行了至少I小时的时间段，如至少2小时。在该第一实施方案的另一个实例中，该聚合物材料包括一种不可熔融加工的聚合物，如一种选自下组的不可熔融加工的聚合物，该组的构成为一种聚酰亚胺、一种聚芳酰胺、聚苯并咪唑类、聚苯并噁唑、聚亚苯甲酰基苯并咪唑、氟聚合物、聚芳醚酮、聚酯或它们的任何组合。在一个实例中，该不可熔融加工的聚合物包括聚酰亚胺，如衍生自ODA和PMDA 的一种聚酰亚胺。在一个另外的实例中，该不可熔融加工的聚合物包括一种氟聚合物，如聚四氟乙烯。该不可熔融加工的聚合物可以具有不大于0.01的熔体流动指数值。在一个另外的实例中，该聚合物材料具有I微米至100微米范围内的平均粒度。该聚合物可以具有5m2/g至200m2/g范围内的表面积,如在30m2/g至120m2/g的范围内。在一个实例中，在热等静压压制之后，该聚合物材料具有不大于I. 0微米的平均孔大小。在一个另外的实例中，该惰性气氛包括一种选自下组的惰性气体，该组的构成为氮气、一种稀有气体、或它们的任何组合。该稀有气体可以是氦气或氩气。在一个具体实例中，该热等静压压制(HIP)是在至少200C的温度下进行，如在200C至500C范围内、或者甚至在200C至450C的范围内。该压力可以是至少5KSI，例如至少10KSI、或者在10KSI至30KSI的范围内。该热等静压压制(HIP)可以进行至少30分钟的时间段，如至少I小时。该方法可以进一步包括在低于热等静压压制温度的温度下的退火。该方法可以进一步包括将该坯体冷却，该坯体相对于用相同的不可熔融加工的聚合物形成的一种烧结物品而言具有至少I %的密度改变，如至少2. 5%、或甚至至少4%。在一个第二实施方案中，一种形成聚合物物品的方法包括压缩一种不可熔融加工的聚合物材料以形成一个生坯体、在一种惰性气氛中将该生坯体进行烧结以形成一个烧结体、并且在至少3KSI压力下的一种没有封装剂的惰性气氛下将该烧结体进行热等静压压制(HIP)。该热等静压压制(HIP)是在该烧结体上进行，在烧结之后没有随后将该烧结体冷却。在该第二实施方案的一个实例中，该压力为至少5KSI。该烧结可以在至少200C的温度下进行。该热等静压(HIP)可以在至少200C的温度下进行。在另一个实例中，该不可熔融加工的聚合物具有5m2/g至200m2/g范围内的表面积。在一个第三实施方案中，一种形成聚合物物品的方法包括压缩一种不可熔融加工的聚合物材料以形成一个生坯体、在一种惰性气氛中在至少200C的烧结温度下在一个容器中将该生坯体进行烧结以形成一个烧结体、并且在该容器中在至少3KSI压力以及至少200C的热处理温度下在一种惰性气氛中将该烧结体进行热等静压压制(HIP)。在该第三实施方案的一个实例中，该压力为至少5KSI。该不可熔融加工的聚合物材料可具有5m2/g至200m2/g范围内的表面积。在一个第四实施方案中，一种物品包括一种不可熔融加工的聚合物。该物品具有至少I. 4的比重以及至少5%的挠曲性能。在该第四实施方案的一个实例中，该挠曲性能是至少10%。该不可熔融加工的聚合物可以具有不大于0.01的熔体流动指数值。在一个另外的实例中，该不可熔融加工的聚合物是选自下组一种聚酰亚胺、一种聚芳酰胺、聚苯并咪唑类、聚苯并噁唑、聚亚苯甲酰基苯并咪唑、氟聚合物、聚芳醚酮、聚酯或它们的任何组合。在该第四实施方案的另一个实例中，该物品相对于用相同的不可熔融加工的聚合物形成的一种烧结物品而言具有至少I %的密度改变，如至少2. 5%、或甚至至少4%。应注意，并非要求在一般性说明或这些实例中的以上说明的所有这些活动，也不要求一项特定活动的一个部分、并且除了所描述的那些之外可以进行一种或多种另外的活动。仍进一步地，将这些活动列出的顺序并不必须是进行它们的顺序。 在以上的说明书中，参照多个具体的实施方案对这些概念进行了说明。然而，本领域的普通技术人员应理解无需脱离如在以下的权利要求中所给出的本发明的范围即可做出不同的修改和变化。因此，应该在一种解说性的而非一种限制性的意义上看待本说明书和附图
，并且所有此类改变均旨在包括于本发明的范围之内。如在此所用的，术语“包括(COMPRISES) ”、“包括了 (COMPRISING) ”、“包含(INCLUDES) ”、“包含了(INCLUDING) ”、“具有(HAS) ”、“具有了(HAVING) ” 或它们的任何其他变形均旨在覆盖一种非排他性的涵盖意义。例如，包括一系列特征的一种工艺、方法、物品或装置并非必须仅限于那些特征，而是可以包括对于该工艺、方法、物品或装置的未明确列出或固有的其他特征。另外，除非有相反意义的明确陈述，“或者”指的是一种包含性的或者而不是一种排他性的或者。例如，条件A或B是通过以下的任一项而得到满足:A是真(或者存在)且B是假(或者不存在)，A是假(或者不存在)且B是真(或者存在)，并且A和B均为真(或者存在)。同样，使用“一种/ 一个(A/AN)”来描述在此所述的元件和部件。这样做仅是为了方便并且给出本发明范围的一般性意义。这种说法应该被阅读为包括一个或至少一个，并且单数还包括复数、除非它显而易见是另有所指。以上对于多个具体的实施方案说明了多种益处、其他的优点、以及对问题的解决方案。然而，这些益处、优点、对于问题的解决方案、以及任何一项或多项特征(它们可以致使任何益处、优点、对于问题的解决方案发生或变得更突出)不得被解释为是任何或所有权利要求中的一个关键性的、所要求的、或者必不可少的特征。在阅读本说明书之后，熟练的技术人员将理解为了清楚起见在多个分离的实施方案的背景下在此描述的某些特征也可以组合在一起而提供在一个单一的实施方案中。与此相反，为了简洁起见，在一个单一的实施方案的背景中描述的多个不同特征还可以分别地或以任何子组合的方式来提供。另外，所提及的以范围来说明的数值包括在该范围之内的
每一个值。
权利要求
1.一种制备物品的方法，该方法包括 压缩ー种聚合物材料以形成ー个具有小于8%的孔隙率的坯体；并且 在至少3ksi的压カ下在没有封装剂下在ー种惰性气氛中将该坯体进行热等静压压制(HIP)。
2.如权利要求I所述的方法，其中，压缩包括模压。
3.如权利要求I所述的方法，其中在热等静压压制(HIP)之前将该坯体在ー种惰性气氛中进行烧结。
4.如权利要求3所述的方法，其中，该热等静压压制(HIP)是在产生自烧结的热状态下的该本体上进行。
5.如权利要求3所述的方法，其中，该烧结以及该热等静压压制(HIP)是在同一个容器中进行。
6.如权利要求3所述的方法，其中该烧结是在至少200°C的温度下进行。
7.如权利要求6所述的方法，其中，该烧结是在200°C至500°C范围内的温度下进行。
8.如权利要求7所述的方法，其中，该温度是在200°C至450°C的范围内。
9.如权利要求3所述的方法，其中，该烧结进行了至少I小时的时间段。
10.如权利要求9所述的方法，其中，该时间段为至少2小吋。
11.如权利要求ι- ο中任一项所述的方法，其中，该聚合物材料包括ー种不可熔融加エ的聚合物。
12.如权利要求11所述的方法，其中，该不可熔融加工的聚合物是选自下组，该组由以下各项组成ー种聚酰亚胺、一种聚芳酰胺、聚苯并咪唑类、聚苯并噁唑、聚亚苯甲酰基苯并咪唑、氟聚合物、聚芳醚酮、聚酯、以及它们的任何组合。
13.如权利要求12所述的方法，其中，该不可熔融加工的聚合物包括聚酰亚胺。
14.如权利要求13的方法，其中，该聚酰亚胺是衍生自ODA以及PMDA。
15.如权利要求12所述的方法，其中，该不可熔融加工的聚合物包括一种氟聚合物，该氟聚合物包括聚四氟こ烯。
16.如权利要求11所述的方法，其中该不可熔融加工的聚合物具有不大于O. 01g/10min的熔体流动指数。
17.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，该聚合物材料具有I微米至100微米范围内的平均粒度。
18.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，该聚合物材料具有在5m2/g至200m2/g的范围内的表面积。
19.如权利要求18所述的方法，其中，该表面积是在30m2/g至120m2/g的范围内。
20.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，在热等静压压制之后，该聚合物材料具有不大于I. O微米的平均孔大小。
21.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，该惰性气氛包括一种选自下组的惰性气体，该组的构成为氮气、ー种稀有气体、以及它们的任何组合。
22.如权利要求21所述的方法,其中，该稀有气体包括氦气或IS气。
23.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中该热等静压压制(HIP)是在至少200°C的温度下进行。
24.如权利要求23所述的方法，其中，该热等静压压制(HIP)是在200°C至500°C范围内的温度下进行。
25.如权利要求24所述的方法，其中，该温度是在200°C至450°C的范围内。
26.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，该压カ是至少5ksi。
27.如权利要求26所述的方法，其中该压カ是至少lOksi。
28.如权利要求27所述的方法，其中，该压カ是在IOksi至30ksi的范围内 。
29.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中该热等静压压制(HIP)进行了至少30分钟的时间段。
30.如权利要求29所述的方法，其中该时间段为至少I小吋。
31.如权利要求1-10中任一项所述的方法，进ー步包括在低于热等静压压制的温度的ー个温度下进行退火。
32.如权利要求1-10中任一项所述的方法,进一步包括将该还体冷却，该还体相对于用相同的不可熔融加工的聚合物形成的一种烧结物品而言具有至少I%的密度改变。
33.如权利要求32所述的方法，其中，该密度改变是至少2.5 %。
34.如权利要求33所述的方法，其中，该密度改变是至少4%。
35.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，该聚合物材料进ー步包括一种填充齐 。
36.如权利要求35所述的方法，其中，该填充剂包括ー种固体润滑剤。
37.如权利要求35所述的方法，其中该填充剂包括一种聚合物填充剂。
38.如权利要求35所述的方法，其中该填充剂包括陶瓷填充剂。
39.ー种形成聚合物物品的方法，该方法包括 压缩ー种不可熔融加工的聚合物材料以形成一个生坯体； 在ー种惰性气氛中烧结该生坯体以形成一个烧结体；并且 在至少3ksi的压カ下在没有封装剂下在ー种惰性气氛中将该烧结体进行热等静压压制(HIP)，该热等静压压制(HIP)在该烧结体上进行而在烧结之后不随后冷却该烧结体。
40.如权利要求39所述的方法，其中该压カ为至少5ksi。
41.如权利要求39所述的方法，其中该烧结是在至少200°C的温度下进行。
42.如权利要求39所述的方法，其中该热等静压压制(HIP)是在至少200°C的温度下进行。
43.如权利要求39所述的方法，其中，该不可熔融加工的聚合物具有5m2/g至200m2/g范围内的表面积。
44.ー种形成聚合物物品的方法，该方法包括 压缩ー种不可熔融加工的聚合物材料以形成一个生坯体； 在至少200°C的烧结温度下在ー个容器中在ー种惰性气氛中烧结该生坯体以形成ー个烧结体；并且 在该容器内在至少3ksi的压カ下以及至少200°C的热处理温度下在ー种惰性气氛中将该烧结体进行热等静压压制(HIP)。
45.如权利要求44所述的方法，其中该压カ为至少5ksi。
46.如权利要求44所述的方法，其中，该不可熔融加工的聚合物材料具有5m2/g至.200m2/g范围内的表面积。
47.ー种物品，包括ー种不可熔融加工的聚合物，该物品具有至少I. 4的比重以及至少.5%的挠曲性能。
48.如权利要求47所述的物品，其中该挠曲性能是至少10%。
49.如权利要求47所述的物品，其中该不可熔融加工的聚合物具有不大于.O. Olg/1Omin的熔体流动指数。
50.如权利要求47所述的物品，其中该不可熔融加工的聚合物是选自下组一种聚酰亚胺、一种聚芳酰胺、聚苯并咪唑类、聚苯并噁唑、聚亚苯甲酰基苯并咪唑、氟聚合物、聚芳醚酮、聚酯、以及它们的任何组合。
51.如权利要求47-50中任一项所述的物品，相对于用相同的不可熔融加工的聚合物形成的一种烧结物品而言具有至少I%的密度改变。
52.如权利要求51所述的物品，其中该密度改变是至少2.5%。
53.如权利要求52所述的物品，其中该密度改变是至少4%。
54.如权利要求47-50中任一项所述的物品，进ー步包括分散在该不可熔融加工的聚合物中的ー种填充剂。
全文摘要
在此披露了一种用于制备物品的方法，该方法包括压缩一种聚合物材料以形成一个坯体并且在一种惰性气氛中在至少3ksi的压力下不使用封装剂而将该坯体进行热等静压压制(HIP)。将该坯体可任选地在热等静压压制(HIP)之前进行烧结。该坯体在热等静压压制(HIP)之前可具有不大于8％的孔隙率。该聚合物材料可以是一种不可熔融加工的聚合物。
文档编号B29C43/22GK102741030SQ201080039755
公开日2012年10月17日 申请日期2010年9月20日 优先权日2009年9月21日
发明者I·L·拉什金, R·辛格, V·K·布加瑞 申请人:美国圣戈班性能塑料公司