聚乳酸/无机填料复合材料结构与性能的研究

采用密炼器熔融共混法,将聚乳酸(PLA)分别与碳酸钙(CaCO3)、蒙脱土(MMT)及滑石粉(Talc)共混制备成生物降解复合材料,研究了PLA/无机填料共混物的力学性能、断面微观结构及结晶性能。结果表明:CaCO3、MMT和Talc均降低了PLA的断裂伸长率;Talc和CaCO3对PLA的拉伸强度影响不大,MMT明显降低了PLA的拉伸强度;Talc和CaCO3相对MMT在PLA基体中的分散较均匀;CaCO3和MMT改善PLA结晶性能的效果不明显,而Talc大大提高了PLA的结晶性能使,PLA的结晶温度下降约20℃结,晶度提高近3%。     

PLA/PBAT质量配比对PLA/PBAT/CaCO_3共混体系的影响

通过熔融共混制备了 PLA/PBAT/CaCO_3共混体系,研究了不同PLA/PBAT质量配比对共混体系力学性能、流变学性能和熔融、结晶性能的影响。结果表明:随着PBAT用量的增加,共混体系拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和密度下降,断裂伸长率、冲击强度增加,并在PLA/PBAT质量配比为35/35左右时冲击强度大幅度增加;共混体系黏度随PBAT用量增加呈现先下降后上升趋势,并在PLA/PBAT质量配比为56/14时黏度达到最低;DSC显示,随PBAT用量增加,熔融温度逐渐降低,结晶温度逐渐增高,且在PLA/PBAT质量配比不超过56/14时无结晶出现。     

PLA/PHBV共混3D打印线材的制备及性能研究

采用熔融共混法制备了聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸酯)(PLA/PHBV)共混物,用熔融沉积成型(FDM)技术制备了三维(3D)打印标准测试样条,研究了PLA/PHBV质量比对PLA/PHBV共混物及3D打印线材性能的影响。结果表明,PLA/PHBV共混材料是完全不相容的体系,随着PHBV含量的增加,PLA/PHBV共混物以及3D打印制品的拉伸强度下降,但断裂伸长率有所提高;弯曲强度及冲击强度均先上升后下降;注塑样品的拉伸强度最大可达43.31 MPa,断裂伸长率可达5.37%;3D打印制品的拉伸强度最大可达49.16 MPa,断裂伸长率可达7.41%;PLA/PHBV共混物以及3D打印制品淬断断面呈现典型的"海岛"分布,PHBV相均匀的分散在PLA基中;随着PHBV含量的增加,注塑样条的断面逐渐变得粗糙,打印制品层与层之间空隙减小,填充率上升,黏结性能提高。     

聚乳酸/聚丙烯/淀粉复合材料的制备及性能研究

采用模压成型制备了聚乳酸(PLA)/聚丙烯(PP)和PLA/PP/淀粉两种复合材料。主要研究了复合材料的热性能、力学性能和降解性能。结果表明:对于PLA/PP复合材料而言,复合材料的熔融温度先增加后降低,结晶度随PLA的含量增加而变大,而且出现了结晶双峰。力学性能相较与纯PLA,断裂伸长率明显提高,拉伸强度有所下降,最大下降28.02 MPa。降解性能随PLA增加而增强。而对于PLA/PP/淀粉复合材料,熔融温度变为先降低后增加的趋势,复合材料的玻璃化温度也减小,材料的可塑性得到提高;在PLA/PP比例相同条件下,PLA的结晶度有明显提高,PLA的结晶峰强度增加。对于力学性能,淀粉的加入,明显降低了其拉伸强度和断裂伸长率,PLA与PP质量比为3/7时,表现出硬而韧的特性,材料具有单向拉伸,不会立即脆断。对于材料降解性能,淀粉的存在对复合材料的降解能力得到明显的提高,当PLA与PP质量比为3/7时,材料的降解率最高为14.78%,是PLA/PP复合材料最大降解率的4.3倍,并且材料上出现了黄褐色斑点。     

可完全生物降解PLA/PPA/PBS薄膜的制备与性能研究

以聚己二酸-1,2-丙二醇酯(PPA)为增塑剂,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为增韧剂,用熔融共混法和挤出吹膜工艺制备了PLA/PPA/PBS薄膜。对PLA/PPA/PBS薄膜的力学性能、热性能、流变学特性、撕裂断面形态和光学性能进行了研究。结果表明:PPA对PLA增塑效果良好,PBS的加入改善了PLA的柔韧性。随着PBS含量的增加,PLA/PPA/PBS薄膜的拉伸强度和模量降低,断裂伸长率和撕裂强度增加。与纯PLA薄膜比,PLA/PPA/PBS薄膜的透光率和雾度值变化不大,薄膜光学性能比较良好。所得到的PLA/PPA/PBS薄膜综合性能良好,可以达到大多数包装薄膜的使用要求。     

UHMWPE/PLA共混体系的制备

利用熔融共混法制备了超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE),聚乳酸(PLA)共混体系,讨论了PLA含量对共混体系熔体流动性能、力学性能、结晶性能及吸水性能的影响.结果表明:随PLA含量的增加,UHMWPE/PLA共混体系的熔体流动性显著增强;体系收缩率下降,尺寸稳定性变好;屈服拉伸强度和缺口冲击强度下降,断裂由韧性断裂逐渐转变为脆性断裂;当w(PLA)为10%时,所制备的共混体系既能保证UHMWPE原有的缺口冲击强度和韧性断裂,又具有较好的熔体流动性能;PLA与UHMWPE共混可加快共混体系的结晶速率,使熔点下降;随着PLA含量的增加,共混体系的吸水率也随之增加.     

3D打印参数对制品层间黏结性能的影响

研究了打印制品层间黏结性能与打印参数(如喷头温度、打印层高等)、退火与否以及打印材料种类之间的关系,使用桌面熔融沉积成型(FDM)成形机打印了一系列的标准拉伸及冲击性能测试样。结果表明,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚乳酸(PLA)打印试样的拉伸强度和断裂伸长率均随着喷头温度的增加而提高,随层高的增加而下降;扫描电子显微照片表明,ABS和PLA试样均随着打印层高的增大,断面层间孔隙逐渐增大,丝材黏结面积减小;退火后,ABS试样的残余应力得到去除,拉伸强度和韧性得到稳定和改善,PLA试样蜷曲开裂现象加剧,拉伸强度和韧性下降。     

聚丁二酸丁二醇酯/淀粉复合材料制备与性能研究

采用熔融共混法制备了聚丁二酸丁二醇(酯PBS)/淀粉复合材料。用扫描电镜、宽角X-射线衍射、差示扫描量热、热重分析等方法研究了复合材料的力学性能、微观形貌、结晶性能和热稳定性。结果表明:复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度随淀粉含量的增加而降低,而硬度、拉伸模量和弯曲模量则随淀粉含量的增加而提高;PBS和淀粉间的界面明显,断裂面上存在淀粉脱落的痕迹;淀粉的加入并未影响PBS的晶型;随着淀粉含量的增加,PBS的结晶和熔融温度均向低温方向移动;PBS和淀粉在各自的温度区域产生了热降解,随着淀粉含量的增加复,合材料的热稳定性逐渐降低。     

聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯共混物的研究

通过熔融共混制备了聚乳酸(PLA)/聚丁二酸丁二醇酯(PBS)共混物,采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、旋转流变仪对其相容性、热性能和黏度等进行了研究,并研究了PBS的加入对PLA力学性能的影响。结果表明,PLA和PBS之间是部分相容的,PBS的少量添加并不影响PLA的拉伸强度,且其冲击强度随着PBS含量的增加呈先上升后下降的趋势,当PBS含量为10份时,共混物的冲击强度最好;与纯PLA相比,共混物的黏度有所增加,且随着PBS含量的增加,共混物的黏度逐渐增大;PBS的添加起到异相成核作用,促进了PLA的结晶。     

PLA/PBS共混物增黏改性的研究

采用熔融反应共混法,通过引入过氧化二苯甲酰(BPO),对聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯(PLA/PBS)进行增黏改性。研究了该PLA/PBS反应共混物的流变性能、凝胶分数、热性能、力学性能和断面微观形貌。结果表明:随着BPO用量的增加,PLA/PBS反应共混物的转矩和凝胶分数均增大;PLA/PBS反应共混物的结晶性和熔点(Tm)随着BPO用量的增加而降低,且出现熔融双峰,当BPO用量增至1 phr时,熔融双峰消失,PLA和PBS间的相容性显著改善;随着BPO用量的增加,PLA/PBS反应共混物的断裂伸长率、拉伸强度、冲击强度均有所提高,而玻璃化转变温度(Tg)先降后升,体系的内耗则逐渐降低。     

Preparation and Rheological and Mechanical Properties of Poly(butylene succinate)/Talc Composites for Material Extrusion Additive Manufacturing

In this paper, poly(butylene succinate) (PBS) with a low melting point and a similar performance to polyethylene is employed as a printing material; talc is introduced into the matrix to enhance the melt strength of pure PBS during printing. The PBS/talc composite 3D printing filament is prepared by melt extrusion, and the thermal, mechanical, morphological, and rheological properties of the composites are investigated. The results show that the addition of talc to PBS leads to an increase in crystallization temperature. In addition, the tensile and flexural strengths of the injection‐molded specimens increase when the talc concentration increases. However, the mechanical properties of the printed specimens exhibit an opposite variation trend due to their distinct forming process. The printing temperature is 135 °C, which is far lower than those of commercial grade polylactic acid (PLA) and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) printing filaments. Scanning electron microscopy (SEM) images show that increasing the talc concentration creates better printed formability and well‐organized fracture surface structures. By comparing printed fishbones, the results suggest that the presence of talc leads to a good printing performance with the composite. Furthermore, the rheological results reveal that η^*, G′, and G″ are enhanced by the addition of talc.     

连续玻璃纤维增强PLA复合材料3D打印技术研究

以聚乳酸(PLA)为基体,连续玻璃纤维为增强体,采用熔融浸渍工艺制备连续玻璃纤维预浸丝,将制得的预浸丝作为3D打印耗材用于熔融沉积(FDM)的3D技术来制备连续玻璃纤维增强PLA复合材料试样,并研究了打印温度、层厚和打印速度对复合材料力学性能的影响。结果表明,当打印层厚为0. 5 mm,打印温度为230℃,打印速度为2 mm/s时,连续玻璃纤维增强PLA复合材料的弯曲性能最佳,弯曲强度和弯曲模量分别为327. 84 MPa和20. 293 GPa。综合考虑复合材料的力学性能、表面质量和尺寸稳定性,连续玻璃纤维增强PLA复合材料的最佳打印层厚为0. 5 mm,适宜的打印温度范围为200~220℃,打印速度范围为2~4 mm/s。     

打印温度对3D打印用黄芪药渣/聚乳酸材料性能的影响

为了探究黄芪药渣/聚乳酸(APS/PLA)材料3D打印过程中打印温度参数对产品性能的影响,以熔融挤出法制备了黄芪药渣/聚乳酸复合材料(APS/PLA-CM)线材,采用熔融沉积成型(FDM)-3D打印工艺打印试样,研究了打印温度对复合材料力学性能及热性能的影响。通过力学测试及扫描电子显微镜(SEM)观察层间结合情况发现:较高的打印温度可以使材料内部层与层间结合得更加紧密,试样具有更好的力学性能。220℃下打印的试样弯曲强度较200℃、210℃的试样分别高出19.3%和25.4%;拉伸强度分别高出25.5%和34.9%。此外,通过对试样进行热重分析,发现打印温度对试样的热性能具有一定影响,220℃下打印的试样热性能相较200℃、210℃的试样得到了一定的改善。     

FDM用PETG系列耗材的改性研究

对市售聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯（PETG）丝材及原材料进行研究，选用PETG 2012作为制备熔融堆积成型技术（FDM）用PETG丝材的基体树脂。选用聚碳酸酯（PC）对基体PETG进行增韧增强改性，并制成3D打印高分子丝材进行打印测试，探讨了PC含量对PETG耗材及制件性能的影响。结果表明，在低PC含量下，PETG与PC的相容性较好，PETG与PC制件未出现明显的分层，分布比较均匀；共混物的流动性随着PC含量的增加而降低，且打印件的维卡软化温度和热变形温度随着PC用量的增加而增加；此外，PC材料的加入使得PETG打印件的力学性能得到较大改善：打印件的拉伸强度随着PC用量的增加而增大，缺口冲击强度却随着PC用量的增加呈现先增加后减小的趋势； PETG/PC的配比为1∶1时，可制得力学性能优异的3D打印耗材。     

抗氧剂1010对3D打印用聚乳酸氧化降解性能的影响

为研究抗氧剂1010（KY1010）对3D打印用聚乳酸（PLA）氧化降解性能的影响,以PLA和KY1010为原料,通过挤出成型工艺制得3D打印用PLA丝材,并采用FDM工艺制备复合材料,研究KY1010添加量对PLA丝材拉伸性能、动态热机械性能、氧化诱导期以及复合材料力学性能的影响。结果表明,KY1010可有效改善PLA的抗氧化性,随KY1010添加量的增加,PLA丝材拉伸强度和储能模量先增加后减少,氧化诱导时间和氧化诱导温度逐渐增加;复合材料拉伸强度和弹性模量先增加后减少,冲击强度和缺口冲击强度逐渐提高;当KY1010添加量为0.5 %（质量分数,下同）时,PLA丝材的综合性能最好,PLA丝材的氧化诱导时间和氧化诱导温度分别提高了1 655.19 %和16.91 %,拉伸强度提高了15.35 %,储能模量最佳;复合材料的拉伸强度和弹性模量分别提高了26.04 %和33.23 %。     

聚乳酸/碳纤维复合材料的3D打印线丝制备及其性能研究

本研究用高混机充分混合碳纤维(CF)和聚乳酸(PLA),再通过单螺杆挤出机制备出聚乳酸/碳纤维(PLA/CF)复合材料线丝,并成功地制备3D打印试样。通过测试PLA/CF复合材料线丝的力学性能,热性能,断面形态,发现PLA/CF复合材料线丝的耐热性高于纯PLA线丝,并且CF含量为1%的复合材料线丝的断裂强度可达70 MPa,高于纯PLA线丝的断裂强度,证明CF对PLA本体有增强效果。但随CF含量增加,断裂强度却有一定程度的下降,这可能是高含量CF的分散和复合材料的界面等因素影响的结果。     

3D polymer composite filament development from post-consumer polypropylene and disposable chopstick fillers

This study focused on the development of three-dimensional (3D) polymer composite filament made of disposable chopstick (DC) and post-consumer polypropylene (PPP). The PPP/DC composite parts were printed via fused filament fabrication (FFF) process. The effect of the printing temperature and different DC fiber content on the properties of the 3D printed parts were investigated. The printing temperature of 200–220°C was suitable for these filaments because the printing temperature did not show any thermal degradation, as proven by thermogravimetric analysis. Furthermore, the thermal stability of the 3D filament increased with DC content. The chemical modification with sodium hydroxide (NaOH) was carried out on DC to remove the unwanted organic components by showing changes in peak intensity in the Fourier transform infrared analysis. Moreover, the melt flow index of the composite filaments decreased with increasing of the DC content and caused the composites' viscosity increased. The results show that the optimum printing temperature of 210°C would reduce the warping and gave better tensile properties to the 3D printed parts. Nevertheless, the tensile strength and elongation at break of the 3D printed PPP/DC parts reduced as the DC content increased because the presence of some air gap and fiber pull out on the fracture surface of 3D printed parts, which are in line with the results observed from scanning electron microscopy. However, the tensile strength and elongation at break percentage of all 3D printed PPP/DC composite parts were higher in comparison with the 3D parts printed by commercial wood plastic composite filament.     

PLA/PCL/滑石粉复合材料的制备与性能

在聚乳酸(PLA)中添加不同含量的聚己内酯(PCL)和滑石粉,同时添加增容剂柠檬酸三丁酯(TBC),通过熔融共混制备一系列PLA/PCL/滑石粉复合材料。主要研究了PCL、滑石粉以及TBC对PLA力学性能和结晶性能的影响。结果表明,PCL提高了PLA的韧性,但降低了强度,滑石粉主要起到了增强作用,但降低了PLA韧性,而将两者共同添加到PLA中可以起到一定的增强增韧作用,其异相成核作用也提高了PLA的结晶度。增容剂TBC的加入,改善了PLA和PCL的相容性,提高PCL的增韧效果以及复合材料的结晶度,但略微降低了PLA的拉伸强度。当PCL和滑石粉质量分数均为10%且加入0.5份的TBC后,PLA/PCL/滑石粉复合材料的断裂伸长率、拉伸强度、结晶度分别为13.3%,61.6 MPa,43.0%,相比纯PLA分别提高了533%,2%,73.4%。     

芳纶增强复合材料波纹夹层3D打印与力学性能研究

为解决波纹夹层结构传统制备方法存在的问题,采用熔融沉积(FDM)3D打印技术制备芳纶增强聚乳酸复合材料波纹夹层结构,并研究切片层高与打印温度对波纹夹层结构力学性能的影响。结果表明:当试样的切片层高为0.1 mm,打印温度为210℃时,复合材料波纹夹层结构的力学性能最好;试样的弯曲强度和冲击强度与切片层高呈负相关;随着打印温度的升高,试样的弯曲强度和冲击强度呈现先增大后减小的趋势。通过分析复合材料电镜图发现,切片层高的降低,有利于芳纶与聚乳酸基体的结合。     

Enhancement of Mechanical Properties of PA6 Blending with Talcum for Fused Deposition Modeling

The objective of this work is to fabricate polyamide 6 (PA6) composite filament with enhanced mechanical properties and low cost for fused deposition modeling (FDM). The composite filaments are obtained by compounding PA6 and talcum fillers and then single screw extruding. Virgin PA6 and commercial e‐PA6 are set as controls. First, the rheological behaviors and thermal properties of PA6/talc, PA6, and e‐PA6 pellet materials are investigated, including viscosity, melting temperature, crystallinity, and decomposition temperature, which are important parameters for fabricating filament feedstocks. The results show that 10 wt% addition of talcum content accelerates the increase of the viscosity among the processing temperature. Accordingly, virgin PA6 and PA6/talc5 with good flowability are produced and subsequently evaluated by tensile and flexural tests. It is notable that the introduction of talcum increases the diameter constant and shape stability of PA6‐based filament. Also, it is found that both PA6 and Pa6/talc5 filaments exhibit superior tensile properties to the commercial e‐PA6 counterparts. Especially, PA6/talc5 filaments achieve the maximum tensile yield strength of 67.1 MPa and modulus of 3.10 GPa. Finally, auxetic lattice parts are successfully printed via FDM using lab‐made PA6, PA6/talc5, and commercial e‐PA6 filaments, and PA6/talc5 exhibits remarkable loading and energy absorption capability.