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。     

3D打印用聚乳酸复合材料进展

聚乳酸(PLA)作为一种生物可降解聚合物已成为3D打印领域中的主要原料,但是,其脆性较大、耐热性能解差等缺陷限制了其应用。通过将聚乳酸与纤维、纳米填料等以一定方法制备聚乳酸复合材料,克服了聚乳酸的性能缺陷,具有了更为显著的性能优势,可以扩大PLA在3D打印的应用范围。通过查阅近5年3D打印用PLA复合材料方面的研究文献,对3D打印用PLA复合材料的类型进行了分类并对其研究进展进行了整理。综述了近年来研究较多的聚乳酸复合材料的制备方法、打印工艺及性能特点,主要包括聚乳酸/天然植物纤维、聚乳酸/碳纤维、聚乳酸纳米等复合材料,得到了3D打印用PLA复合材料存在的主要问题,并展望其未来的发展方向。     

3D打印用聚乳酸及其复合材料的研究进展

综述了近年来用于3D打印的聚乳酸(PLA)及其复合材料的研究进展,从PLA的改性和复合两方面阐述了3D打印用PLA材料的性能及应用,同时对3D打印用PLA及其复合材料的开发及应用前景进行了分析和展望。     

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。     

用于3D打印的微晶纤维素/聚乳酸复合材料制备与性能研究

以微晶纤维素（MCC）为增强材料、聚乳酸（PLA）为基体,通过高温熔融共混、挤出、拉丝等流程,制备适用于熔融沉积成型（FDM）3D打印技术的MCC/PLA复合材料,并通过FDM型3D打印机打印出成品。讨论了MCC添加量对该复合材料的力学性能、热性能、微观结构以及3D打印性能的影响。研究结果表明,随着MCC添加量的增加,复合材料的力学性能呈现先增高后下降的变化趋势,当MCC添加量为3%时,其拉伸强度和弯曲强度达到最高,分别为54.55 MPa和64.25 MPa。红外分析证实了微晶纤维素与聚乳酸在熔融时发生了接枝共聚反应。热性能分析表明,添加少量MCC,可以提高复合材料的热稳定性和PLA的结晶度。MCC添加量为3%的MCC/PLA复合材料其力学性能、打印性能和外观达到最佳,可应用于FDM型3D打印技术。     

3D打印用玄武岩纤维/聚乳酸复合线材力学性能的研究

以玄武岩纤维（BF）、聚乳酸（PLA）为主要原料,再与成核剂TMC–210、硅烷偶联剂KH–550、环氧扩链剂KL–E4370B和填料纳米碳酸钙通过熔融共混制备3D打印玄武岩纤维/聚乳酸复合线材。讨论了纤维含量、成核剂用量、硅烷偶联剂用量、环氧扩链剂用量、纳米碳酸钙用量对复合线材力学性能的影响。结果表明：w(BF)以20%～30%为宜;TMC–210对于复合线材强度增强效果不明显;w(KH–550)为7.5%、w(KL–E4370B)为4%、w（纳米碳酸钙）为7.5%时,复合线材力学性能最佳。     

3D打印用聚乳酸/松木粉/纳米二氧化硅木塑复合材料性能研究

以化学改性松木粉(PWF)为增强材料、聚乳酸(PLA)为基体,同时添加少量纳米二氧化硅(nano-SiO_2),通过熔融挤出制备了适用于熔融沉积成型(FDM)3D打印技术的木塑复合材料,并对该木塑复合材料的力学性能和3D打印性能进行了研究。结果表明:添加nano-SiO_2可以显著提高木塑复合材料的力学性能,随着nanoSiO_2用量的增加,PLA/PWF/nano-SiO_2木塑复合材料的各项力学性能均呈现逐渐上升的趋势,且在nanoSiO_2用量为5%时达到最佳。PWF用量对PLA/PWF/nano-SiO_2木塑复合材料各项力学性能的影响呈现先上升后下降的趋势,且材料性能在PWF用量为15%时达到最佳,此时弯曲强度为101.6 MPa、弯曲模量为4 652 MPa、拉伸强度为92.81 MPa、拉伸模量为3 845 MPa、冲击强度为4.31 kJ/m~2,相对于PLA/PWF木塑复合材料均提高了50%以上。该PLA/PWF/nano-SiO_2木塑复合材料可应用于FDM型3D打印,具有良好的打印性能。     

聚乳酸/热塑性淀粉3D打印材料性能研究

采用甘油、水为增塑剂,马来酸酐为反应增容剂,使用同向平行双螺杆挤出机制备得到热塑性淀粉（TPS）,然后采用熔融共混制备得到PLA/TPS 3D打印材料,通过红外光谱、热重分析、差示扫描量热分析和力学性能测试对材料的热性能和力学性能进行了研究。实验结果发现,TPS提高了PLA的热稳定性且起到一定增塑、增韧作用,有利于3D打印成型。     

3D打印工艺对木粉/聚乳酸材料性能的影响

采用熔融沉积法(FDM)3D打印工艺制作木粉(WF)与聚乳酸(PLA)质量比为3：100的WF/PLA复合材料,研究了打印工艺参数对WF/PLA复合材料力学性能的影响,确定了最佳打印工艺条件,然后,在最佳条件下,打印WF与PLA质量比为11：100的WF/PLA复合材料,并且,将该材料的性能与FDM 3D打印PLA试样进行了对比。结果表明,当打印层厚度为0.1 mm、打印温度为220℃、打印速度为50 mm/s、填充密度为100%、沉积角度为0时,WF/PLA复合材料的力学性能最佳。在该工艺条件下,WF与PLA质量比为11：100的WF/PLA复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别为纯PLA的89.61%、97.56%、82.86%、92.40%和95.04%,与纯PLA相比,复合材料的表面润湿性能较好,吸水率显著增大。     

聚乳酸/木粉3D打印复合材料的制备与性能研究

以杨木木粉和聚乳酸(PLA)为原料、甘油为增塑剂,采用熔融挤出和3D打印的方法制备了PLA/木粉3D打印复合材料,并研究了增塑剂用量对复合材料性能的影响。结果表明:增塑剂甘油的加入破坏了PLA的结晶结构,并在一定程度上提高了PLA/木粉复合材料两相间的界面相容性。复合材料的各项性能随甘油用量增加呈规律性变化,其中,复合材料的拉伸强度逐渐减小,断裂伸长率先增大后减小,热稳定性小幅降低,而吸水率则逐渐增大。     

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(S EM)观察层间结合情况发现...     

PLA/蔗渣复合材料的制备及其性能的研究

以蒸汽爆破后的甘蔗渣纤维(BF)和聚乳酸(PLA)为原料,采用模压的方法制备了PLA/BF复合材料,研究了温度以及蒸汽爆破预处理对复合材料力学性能的影响,并通过红外光谱和电子扫描电镜分析了其作用机理。结果表明,随着温度的升高,纤维的分散性变好,BF与PLA得界面黏结性能变好,复合材料的力学性能提高,温度为230℃时复合材料的力学性能最佳;而蒸汽爆破预处理可提高纤维素的含量,增大纤维的比表面积,使复合材料的力学性能得到改善。     

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。     

聚乳酸/聚烯烃弹性体/蒙脱土复合材料的制备与性能研究

以聚乳酸(PLA)为基材,在聚烯烃弹性体(POE)的增塑作用下,搀杂不同比例的蒙脱土(MMT),采用熔融共混法,制备出一系列的PLA/POE/MMT复合材料。通过拉伸及冲击测试、差热扫描量热仪(DSC)、熔指仪对复合材料的力学性能、热性能和流动性能进行表征。结果表明:随着MMT的加入,PLA/POE/MMT复合材料的拉伸性能和冲击性能总体上比纯PLA差,复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和熔点(Tm)总体上比纯PLA要低,只有当MMT含量为1 wt.%时,才使PLA体系的冲击强度有所提高,Tg和Tm有所提高。随着MMT的加入,PLA体系的流动性变好。     

3D打印用聚苯胺/双酚A型环氧丙烯酸树脂的制备与性能研究

通过共混制备了十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺/双酚A型环氧丙烯酸光敏树脂(DBSA-PANI/BAEA),再通过数字光处理(DLP)技术实现了3D打印。研究了掺杂态聚苯胺对光敏树脂的黏度、固化凝胶率、力学强度和体积电阻率的影响,并通过扫描电镜(SEM)对树脂的冲击断面形貌进行了观察。结果表明,随着掺杂态聚苯胺的增加,树脂的冲击强度明显增加,树脂的电性能也有一定程度的提高,但是树脂的拉伸强度出现了下降。当掺杂态聚苯胺的添加量超过0. 2%时,电镜照片中的片层结构数目逐渐增多,树脂的韧性获得相应的提高。当添加量达到0. 4%时,树脂的固化凝胶率仅为75. 5%;若继续添加掺杂态聚苯胺,树脂将难以打印。     

熔融沉积成型木塑复合夹层板的弯曲性能

采用熔融沉积成型(FDM)制造方法,以木塑复合线材为原料,利用3D打印软件Ultimaker Cura的“填充结构”功能设计网格、直线、三角形等13种芯层结构(二维6种、立体7种),并将其与纸板粘接得到木塑复合夹层板。利用三点弯曲测试,研究不同夹层板的破坏失效形式与弯曲性能。结果表明:木塑夹层板的失效模式主要有弹性变形、面板起皱、芯子剪切和芯子压溃。在13种芯层结构中,立体的同心3D芯层结构夹层板弯曲性能最佳,弯曲模量和静曲强度分别为159.56 MPa和4.85 MPa,分别是网格芯层结构夹层板的5.4倍和2.3倍,具有较强的抗弯曲变形能力,适合于设计制造轻质高强度制品。     

基于硫醇/甲基丙烯酸酯的3D打印用光敏树脂的制备及性能研究

利用四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯(PETMP)、三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPA)和双酚A甘油酯(BisGMA)等原料制备了一系列基于硫醇-甲基丙烯酯的三维(3D)打印光敏树脂。实时红外光谱表明树脂中的巯基(-SH)转化率在18.66%~38.80%之间,C C双键转化率在32.27%~70.06%之间。XRD衍射表明,树脂结晶度会随硫醇单体PETMP含量增加而减少;树脂的体积收缩率也会随着PETMP含量增大由7.56%降低至5.44%。拉伸实验表明,Bis-GMA的加入会使树脂拉伸强度由8.12 MPa增加至44.08 MPa,但PETMP含量增加时,拉伸强度急剧下降至0.28 MPa。热重分析表明树脂的热分解温度均高于300℃。扫描电子显微镜显示3D打印时,层与层之间黏接良好,无明显分层。     

PLA/ECP/ATBC三元共混复合材料的制备及其性能

将与聚乳酸(PLA)化学接枝改性的环氧大豆油(ECP)和乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)作为复合增塑剂,改变ECP和ATBC的含量与PLA熔融共混制备PLA/ECP/ATBC三元共混复合材料,通过差式扫描量热仪、热变形温度测定仪、万能拉伸试验机、水接触角测定仪、洛氏硬度计考察了PLA/ECP/ATBC复合材料的热稳定性、力学性能和亲疏水性能。结果表明,复合材料结晶度最大为14.07%,是纯PLA的8.96倍;缺口冲击强度最大为4.59 kJ/m~2,比纯PLA提高了99.57%;断裂伸长率最大为167.2%,是纯PLA的50.21倍;改变ECP和ATBC的含量可以调节PLA复合材料的亲疏水能力和雾度,能为PLA基体与其他亲水亲油类材料的相容性改性拓宽思路,雾度的改变使PLA基复合材料可以用作光扩散剂,有助于拓展PLA材料的应用范围。     

碳酸钙对聚乳酸/酯化纤维素复合材料性能的影响

采用熔融共混工艺制备了聚乳酸(PLA)/酯化纤维素/CaCO3复合材料,通过力学性能测试、热重分析、凝胶渗透色谱和红外光谱分析,研究了CaCO3对复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果表明:CaCO3能够与酯化纤维素相互作用,并在一定程度上改善复合材料的力学性能,提高复合材料的热稳定性,减缓PLA的热降解。     

长玻纤增强尼龙66复合材料性能的研究

在自制装置中用硅烷偶联剂KH550对长玻纤(LGF)进行表面处理后,采用熔融共混法制备了尼龙66/长玻纤复合材料。采用微机全自动热膨胀系数测定仪记录了玻纤增强尼龙66复合材料的热膨胀曲线,分析了玻纤含量、温度对复合材料热膨胀系数的影响,结果表明,随着玻纤含量的增加,复合材料的热膨胀系数显著下降,最大降低了74.2%;随着温度的升高,复合材料的热膨胀系数先增大后减小最后趋于平衡,转折温度在37℃左右。测试了复合材料的力学性能,结果显示复合材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度随玻纤含量的增加而大幅度提高,最大分别增加了173%、186%和283%。通过扫描电镜观察到玻纤嵌入尼龙66基体中,与尼龙66形成了良好的界面黏结。