基于人工神经元网络的PA6/POE/POE-g-MAH共混物力学性能预测

将人工神经元网络与全析因实验设计相结合,预测了PA6/POE/POE-g-MAH三元共混物的拉伸和缺口冲击强度,研究了注塑温度、注射速度、注射时间和冷却时间对共混物以上力学性能的影响。结果表明,当三元共混物质量比为74.5/20/5/0.5时,材料的缺口冲击强度均大于95 kJ/m²,POE分散相粒径约为200～400 nm。通过析因实验设计发现,注塑温度、注射速度以及两者的交互效应对共混物拉伸强度影响显著,注塑温度、冷却时间以及两者的交互效应是影响冲击强度的显著因素。采用4-14-1的ANN模型可以较好地预测三元共混物拉伸强度和缺口冲击强度,预测结果与实验结果回归曲线的斜率均大于97%。与多元线性回归模型相比,ANN模型预测性能明显更佳,其Pearson相关系数大于0.97。     

基于正交实验的熔融沉积成型工艺参数的优化

采用商用聚乳酸（PLA）线材作为熔融沉积成型(FDM)打印材料,以拉伸强度和冲击强度为优化指标,设计正交试验,从分层厚度、打印速度、喷嘴温度、填充角度等元素探究成型工艺参数对FDM打印制件力学性能的影响。利用极差分析法,考察了各工艺参数对制件力学性能的影响情况,通过综合评分法和综合平衡法,获得了最优成型工艺参数组合并验证试验结果正确性。结果表明,分层厚度为0.3 mm,打印速度为90 mm/s,喷嘴温度为220 ℃,填充角度为45 °/45 °时,FDM制件的力学性能最优。     

GF增强PPS复合材料的制备及性能

采用熔融共混工艺和熔融浸渍分别制备了短玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料（PPS/SGF）和长玻璃纤维增强聚苯硫醚（PPS/LGF）复合材料,并对复合材料的力学性能和耐热性能进行了对比分析。研究结果表明,在玻璃纤维质量分数为30%时,PPS/SGF和PPS/LGF复合材料的拉伸强度分别为110 MPa和122 MPa;弯曲强度分别为175 MPa和208 MPa;弯曲弹性模量分别为8 GPa和9 GPa;缺口冲击强度和无缺口冲击强度分别为7.7,11.9 kJ/m²和31,37 kJ/m²。PPS/LGF复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲弹性模量、缺口冲击强度和无缺口冲击强度相较于PPS/SGF复合材料分别提高了11.0%,18.9%,11.3%,54.5%和19.4%。PPS/SGF和PPS/LGF复合材料的热变形温度分别达到250℃和275℃,PPS/LGF复合材料的热变形温度高于PPS/SGF复合材料热变形温度10%。     

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。     

FDM 快速成型工艺对成型件力学性能的影响

基于熔融沉积成型(FDM)技术,研究了不同材料、成型件放置角度和喷嘴型号对成型件力学性能的影响,得到具有最佳力学性能的打印工艺。分别以美国Stratasys公司生产的ABS-M30、PPSF和Ultem 9085打印材料为研究对象,采用常规填充方式,以xy平面为基准面,0°~90°范围内分别设置不同放置角度打印并测试其力学性能。结果表明,45°角放置样件的拉伸和冲击强度最佳;随着放置角度的增加,样件弯曲强度也随之增大;采用相同放置方式成型测试样件,T16喷嘴打印成型件较T12喷嘴打印成型件的力学性能更佳。     

再生家电壳体聚丙烯材料性能改善研究

再生家电壳体聚丙烯材料通过玻璃纤维增强改性可以显著提升材料的拉伸强度及弯曲模量,但由于再生聚丙烯材料中杂质的影响,材料的缺口冲击强度没有获得明显提升。从改善再生家电壳体聚丙烯材料性能的角度出发,通过掺入再生聚丙烯、添加弹性体和改变玻璃纤维直径等研究了改性材料的性能差异。在全新聚丙烯与再生聚丙烯共混体系中,随着再生聚丙烯含量增加,改性材料的弯曲模量无明显变化,但缺口冲击强度急剧下降。当再生聚丙烯添加质量分数大于30%时,改性材料的缺口冲击强度下降35%。在玻璃纤维增强再生聚丙烯体系中,通过添加质量分数为5%的弹性体,可以显著改善改性材料的缺口冲击强度,同时保持良好的拉伸强度与弯曲模量;使用小直径玻璃纤维可以明显改善改性材料的缺口冲击强度,当玻璃纤维直径由14μm降低至10μm时,缺口冲击强度由8 kJ/m²提升至11 kJ/m²。     

连续碳纤维增强PET复合材料板材的性能

为了探究连续碳纤维（CCF）增强聚对苯二甲酸乙二酯（PET）预浸带的铺放方式对PET/CCF复合材料板材性能的影响,采用自行设计、组装的熔融浸渍装置,通过熔融浸渍和拉挤成型工艺制备CCF增强PET预浸带。对制备的预浸带进行裁剪并按照0°,0°/90°和0°/90°编织三种不同铺放方式,通过热压制得复合材料板材。测试了复合材料板材的弯曲强度、缺口冲击强度、热导率以及电导率,研究了不同铺放方式对板材的力学性能及导热、导电性能的影响。结果表明,0°方向铺放的PET/CCF复合材料板材综合性能最佳,其弯曲强度可达1 080.09 MPa,缺口冲击强度达到242.99 kJ/m²,热导率为1.46 W/（m·K）,较纯PET热导率提高了630%,平行于纤维方向的电导率为0.44×10^-3 S/cm,但其垂直于纤维方向的电导率为0.15×10^-3 S/cm,低于0°/90°和0°/90°编织两种铺放方式,这是因为相较于0°铺放方式,后两者在90°方向上也有纤维可形成导电路径,有利于电子传输。     

3D打印PEI成型工艺对制品力学性能的影响

聚醚酰亚胺(PEI)具有优良的力学性能、耐辐照性能、耐高低温及耐磨性能,是工业领域不可或缺的重要材料之一。采用熔融沉积成型(FDM)技术,可用来构建具有复杂几何形状的功能部件。不同的成型工艺参数对零件的力学性能具有较大的影响。研究了3D熔融沉积成型中PEI的填充路径、填充率、成型件放置角度和喷嘴孔径对制品拉伸强度和断裂伸长率的影响,得到了具有最佳力学性能的打印工艺。结果表明,当填充方向为±45°时,试样的拉伸强度最大,为99.4 MPa;当填充方向为0°时,断裂伸长率最大,为15.3%;当填充方向为90°时,试样拉伸强度和断裂伸长率最小,分别为80.2 MPa和12.4%。且不同的放置角度对试样拉伸强度和断裂伸长率影响较大;试样的拉伸强度和断裂伸长率随着喷嘴孔径的增大而减小,当喷嘴孔径为0.4 mm时,其值最大。     

ABS高胶粉增韧PMMA的研究

研究了不同丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)高胶粉含量对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)结构与性能的影响,并以一种核-壳型共聚物硅/丙烯酸复合橡胶接枝(SAN)作为增容增韧的第三组分助剂,研究了其含量对ABS高胶粉/PMMA体系结构与性能的影响。结果表明,ABS高胶粉明显改善了PMMA的冲击强度和断裂伸长率,但降低了拉伸强度和弹性模量。随着ABS高胶粉含量增加,体系的复数黏度和储能模量均增加。加入硅/丙烯酸复合橡胶接枝SAN,ABS高胶粉/PMMA体系的拉伸强度稍有降低,缺口冲击强度有所增加,当硅/丙烯酸复合橡胶接枝SAN含量为4份时,体系缺口冲击强度为7.57 kJ/m²,比纯PMMA的缺口冲击强度(1.38 kJ/m²)提高了450%,从SEM照片也表征,此配方体系下的共混物有较好的相容性。     

3D打印参数对TPU制品力学性能的影响

熔融沉积成形(FDM)技术在塑料制品加工领域的应用日趋广泛,但传统FDM类3D打印机以丝料为耗材,对材料刚度有特定要求,限制了耗材的种类。提出了熔体微分3D打印机以塑料粒料为耗材,采用微型螺杆输送、建压以及阀控系统精密计量,扩大了耗材的适用范围并实现软材料的3D打印能力。以TPU弹性体作为研究对象,通过正交实验方法,分析工艺参数对试样拉伸强度及断裂伸长率的影响,此外通过与注塑试样进行对比,研究了3D打印试样与注塑试样力学性能上的差距。实验结果表明:层高、填充角度及塑化温度对试样力学性能有影响,其中影响程度为塑化温度层高填充角度;当层高为0.2 mm、填充角度为45°、塑化温度为220℃时,有最大断裂拉伸强度及断裂伸长率,其拉伸强度和伸长率分别达到注塑试样的62.6%和73.2%。验证了熔体微分3D打印机制备弹性体制品的可行性,且合理的加工工艺参数能够提高试样的力学性能。     

氯化聚乙烯对ABS/PVC合金性能的影响

以氯化聚乙烯(CPE)为增韧剂,用双螺杆挤出机共混制备丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)/聚氯乙烯(PVC)合金。研究了PVC及CPE用量对ABS/PVC合金的拉伸强度、弯曲强度、缺口冲击强度、维卡软化温度、氧指数和熔体流动性的影响。结果表明,随着PVC用量的增加,ABS/PVC合金的拉伸强度略有增加,弯曲强度基本不变,冲击强度呈现先略增加然后显著降低的趋势,维卡软化温度降低,氧指数增加;随着CPE用量增加,ABS/PVC合金的缺口冲击强度增加,拉伸强度和弯曲强度降低,氧指数和维卡软化温度变化很小,当ABS/PVC/CPE为40/60/15时,合金的拉伸强度为39.8 MPa、弯曲强度为60.8 MPa、缺口冲击强度为18.3 kJ/m2,氧指数为29.7%。     

PC/改性ABS复合材料的制备与性能

在传统的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)乳液接枝聚合中加入甲基丙烯酸甲酯(MMA),制得了改性ABS,然后与聚碳酸酯(PC)共混挤出，制得了PC/改性ABS复合材料。研究了MMA用量对PC/改性ABS复合材料的熔体流动速率(MFR)、维卡软化温度、力学性能的影响。结果表明：随着MMA用量的增加，PC/改性ABS复合材料的MFR、拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度均先升高后降低。当MMA质量分数为20%时，PC/改性ABS复合材料的拉伸强度和弯曲强度均达到最大，分别为48.9 MPa和63.2 MPa;当MMA质量分数为30%时，PC/改性ABS复合材料的缺口冲击强度为41.0 kJ/m²;当MMA质量分数不高于30%时，与PC/ABS复合材料相比，PC/改性ABS复合材料的维卡软化温度更高。     

熔融沉积3D打印材料粘接强度及模量预测研究

主要介绍了一种用于预测熔融沉积模型(FDM)层间粘接强度的扩散修复模型。根据流变数据确定温度相关扩散模型,基于一维瞬态热分析预测FDM部件层间的扩散。将温度历史上的扩散系数对时间积分得到界面分子总扩散,进而得到层间粘接强度预测模型。结果表明：不同打印条件下预测结果与测得的粘合强度结果的吻合度较好,且该模型经修正后也适用于FDM部件弹性模量的预测。通过三点弯曲实验与数值模拟的结果对比,验证了粘接强度及模量预测模型的可用性。因此,可以作为FDM打印件承载性能预测的有效模型。     

颗粒料FDM打印机成型性能实验研究

基于颗粒料的熔融沉积制造技术(FDM)可以有效解决常规丝材FDM技术成型幅面小、原料单一以及成本高的问题。以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)为原料,采用自主设计的颗粒料FDM打印机进行成型性能实验研究。结果表明:在170～220℃之间,该颗粒料FDM打印机可以有效挤出成型;打印机U轴旋转一周,成型温度与挤出丝材的长度成正比,与其直径成反比;而挤出速度与成型温度对丝材的影响作用相左;出丝比例系数在0.45～0.5时,其对样件精度影响不明显,出丝比例系数的最优值为0.465;打印样件拉伸强度和弯曲强度随着成型温度的升高而增大。     

HDPE/改性蛭石复合材料的制备与气体阻隔性能研究

利用改性后的蛭石作为填充材料,通过熔融共混法制备了高密度聚乙烯(HDPE)/改性蛭石复合材料。研究了改性蛭石的添加量对复合材料热稳定性能、结晶性能、力学性能和氧气阻隔性能的影响。结果表明,相比纯HDPE,HDPE/改性蛭石复合材料仍能保持较好的拉伸强度,当含量为1%时拉伸强度为24.1 MPa,断裂伸长率先提高后下降,当含量为0.5%时断裂伸长率达到最高为535%;改性蛭石的加入提升了材料的韧性,当改性蛭石含量为1%时材料缺口冲击强度达到最高为45.8 kJ/m²;HDPE/改性蛭石复合材料的氧气阻隔性能明显提升,当改性蛭石含量为1%时材料的氧气阻隔性能达到最优,氧气渗透系数为6.9×10^-15 cm³·cm/(cm²·s·Pa)。     

熔融沉积3D打印材料粘接强度及模量预测研究

主要介绍了一种用于预测熔融沉积模型(FDM)层间粘接强度的扩散修复模型。根据流变数据确定温度相关扩散模型,基于一维瞬态热分析预测FDM部件层间的扩散。将温度历史上的扩散系数对时间积分得到界面分子总扩散,进而得到层间粘接强度预测模型。结果表明:不同打印条件下预测结果与测得的粘合强度结果的吻合度较好,且该模型经修正后也适用于FDM部件弹性模量的预测。通过三点弯曲实验与数值模拟的结果对比,验证了粘接强度及模量预测模型的可用性。因此,可以作为FDM打印件承载性能预测的有效模型。     

尼龙线材FDM成型质量优化研究

为提高尼龙线材熔融沉积(FDM)成型精度和拉伸性能，基于试验法和灰色关联模型研究确定了尼龙线材的FDM成型精度和拉伸性能的影响因素并进行了优化分析。以打印速度、层厚、喷嘴温度、热床温度与填充密度为因素变量，以Z向成型精度、拉伸强度等成型质量为优化目标，进行了正交试验，并基于灰色关联分析和熵权法进行了成型质量与其因素变量间的灰色关联综合评价。结果表明，各影响因素对成型精度的灰色关联度大小依次为层厚>填充密度>喷嘴温度>热床温度>打印速度，对拉伸性能的灰色关联度大小依次为填充密度>喷嘴温度>热床温度>层厚>打印速度，各因素对成型质量综合影响程度大小依次为：层厚、填充密度、喷嘴温度、热床温度和打印速度，最优工艺参数组合为打印速度60 mm/s,层厚0.15 mm,喷嘴温度250℃,热床温度100℃,填充密度100%。研究结果为提高尼龙线材的FDM成型质量提供了数据支持。     

3D打印PC/ABS合金的性能

以马来酸酐接枝ABS树脂(ABS-g-MAH)为增容剂,制备聚碳酸酯(PC)/丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)合金,对其力学性能、热性能及熔体流动性等进行了研究,结果表明,当该合金质量比PC∶ABS∶ABS-gMAH=70∶30∶6时,PC/ABS合金的缺口冲击强度为33.92kJ/m~2,远高于纯PC与其它配方合金的缺口冲击强度,且其它性能较好。采用3D打印耗材挤出机将纯PC及PC/ABS合金制成丝材,PC丝材直径为(1.75±0.27)mm,PC/ABS合金丝材直径为(1.75±0.05)mm,PC/ABS合金的尺寸稳定性得到很好地改善。研究两种丝材的熔融沉积成型(FDM)性能以及打印方向对试样力学性能的影响。结果表明,当采用FDM工艺水平向和侧向打印时,试样的力学性能超过注塑工艺成型试样,但是竖向打印试样力学性能较差。与纯PC打印试样相比,PC/ABS合金试样的缺口冲击强度得到大幅提高,侧向打印PC/ABS合金的缺口冲击强度为40.13kJ/m~2,而侧向打印纯PC的缺口冲击强度仅5.73kJ/m~2。     

PVC/ACRⅠ/ACRⅡ共混体系的力学性能

通过力学性能的测试考察了混炼温度、加工助剂ACR Ⅰ及抗冲击改性剂ACR Ⅱ用量对PVC/ACR Ⅰ/ACR Ⅱ共混体系缺口冲击强度和拉伸强度的影响.结果表明:加工助剂ACR Ⅰ对PVC/ACR Ⅰ(质量比100/0～12)共混体系的力学性能没有影响;混炼温度和抗冲击改性剂ACRⅡ用量对PVC/ACRⅠ/ACRⅡ共混体系的力学性能影响较大,即混炼温度为140 ℃时,PVC/ACRⅠ/ACRⅡ(质量比100/6/12)缺口冲击强度最好,即63.66 kJ/m2,而拉伸强度则随着温度的升高而增加;抗冲击改性剂ACR Ⅱ用量为12份时,PVC/ACR Ⅰ/ACRⅡ共混体系的缺口冲击强度最好(17.84 kJ/m2),而拉伸强度则随着ACRⅡ用量的增加而逐渐减小.     

增韧剂对ABS废机壳料的性能影响

以ABS废机壳料(F-ABS)为研究对象,讨论增韧剂对F-ABS的力学性能、尺寸稳定性、维卡软化点(VST)和热变形温度(HDT)的影响,结果发现:高胶粉可以很好增韧F-ABS,随着高胶粉的加入,复合材料的缺口冲击强度和尺寸稳定性升高,拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、HDT和VST降低,当在F-ABS中加入8%的高胶粉时,复合材料的缺口冲击强度、断裂伸长率、拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、HDT、VST、水平和垂直模后收缩率分别为9.8 k J·m^-2、22.8%、34.9 MPa、51.3 MPa、1 976.1 MPa、74.8℃、92.4℃、0.49%和0.45%;在FABS中同时添加2%的SBS和6%的高胶粉,复合材料的缺口冲击强度和断裂伸长率分别为10.9 k J·m^-223.2%,相对单独添加8%高胶粉的分别提高11.22%和1.8%,尺寸稳定性、HDT和VST变化不大。