退火对MWCNT/PLA复合材料结晶与导电性能的影响

以多壁碳纳米管(MWCNT)为导电填料,聚乳酸(PLA)为基体,通过哈克转矩流变仪制备MWCNT/PLA导电高分子复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、广角X射线衍射仪(WAXD)、差示扫描量热仪(DSC)、数字高阻仪对复合材料的表面形貌、结晶和导电性能进行测试。结果表明,MWCNT/PLA复合材料的电导率随MWCNT含量的变化呈现典型的逾渗行为,逾渗阈值(P_c)为0.69%;退火处理后,MWCNT/PLA复合材料的P_c为0.53%,相比于未退火MWCNT/PLA复合材料降低了23%。MWCNT能够诱导PLA结晶,且对晶型无影响;MWCNT含量为0.3%～1.0%的MWCNT/PLA复合材料对退火的响应程度较大,此时晶体排斥效应明显,导电性能变化最大。     

3D打印连续碳纤维增强热塑性复合材料弯曲性能研究

以聚乳酸(PLA)为热塑性基体材料、连续碳纤维(CF)为增强材料,设计了可打印连续碳纤维增强热塑性复合材料(CCFRP)的新型打印头,探究打印层高和相对挤出率对连续碳纤维增强聚乳酸复合材料(PLA/CF)弯曲性能及弯曲破坏形式的影响。结果表明:当打印层高为0.8 mm、相对挤出率为0.5时,PLA/CF复合材料的弯曲性能最佳,弯曲强度和弯曲模量分别达到127.09 MPa和5.55 GPa,比纯PLA分别提高了82.1%和144.4%;另外,材料的主要弯曲破坏形式为塑性变形、层离以及CF与PLA脱离。     

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。     

3D打印碳纤维增强PLA试件的力学性能分析

以300目短切碳纤维(CF)和聚乳酸(PLA)为实验原料,分别配制CF质量分数为5%、10%、15%和20%的CF/PLA混合料,再经双螺杆挤出机挤出造粒后得到CF/PLA复合材料。分别以纯PLA和不同组分的CF/PLA复合材料为实验材料,在粒料3D打印机上制备抗拉伸、压缩、弯曲和冲击试样,并做力学性能测试。实验结果表明,随着CF含量的增加,材料最大拉伸强度呈先增大后减小的趋势,当CF含量为5%时,材料的平均拉伸强度最大,为48.45 MPa。材料的平均弯曲和压缩强度随CF含量的增加均呈先减小后增大再减小的趋势,且无CF填充时,二者的强度值最大,分别为114.77 MPa和103.94 MPa。材料的抗冲击强度随着CF含量的增大呈先增大后减小的趋势,当CF含量为5%时,材料的抗冲击强度最大,为14.49 kJ/m~2。     

相容剂对PLA/PBS/秸秆粉木塑复合材料性能的影响

利用注塑机制备了PLA/PBS/秸秆粉可生物降解木塑复合样条,通过电镜扫描(SEM)和力学性能测试,探讨了不同含量的马来酸酐接枝聚乳酸(MAPLA)、5%硅烷处理秸秆粉以及2种相容剂同时加入对PLA/PBS/秸秆粉可生物降解木塑复合材料力学性能和断面微观结构形态的影响。结果表明:当MAPLA含量为5%时,弯曲强度和拉伸强度最大,分别为20.51 MPa和19.03 MPa,较未添加时分别提高了146.72%和118.07%。当MAPLA含量为3%时,冲击强度最大,为20.36 kJ/m~2,较未添加时提高了36.19%。5%硅烷和5%MAPLA组合处理对PLA/PBS/秸秆粉木塑复合材料界面相容性有显著的改善,但对木塑复合材料力学性能的提高不是很明显。     

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。     

碳纳米管和立构复合晶对聚乳酸/碳纳米管复合材料结构和性能调控

通过溶液-熔融共混的方法制备了不同导电填料含量的多壁碳纳米管(MWCNT)/立构复合晶(SC)/聚乳酸(PLA)导电复合材料,借助差式扫描热量仪(DSC)、热台偏光显微镜(POM)和自组装电阻仪详细地研究了MWCNT/SC/PLA导电复合材料的结晶性能与导电性能的关系。结果表明,通过溶液-机械共混的方式制备的MWCNT/PLA导电复合材料具有较低的导电填料逾渗阀值,约为0.6%,并且随着高熔点SC的引入,导电性能先提高后稳定。MWCNT的加入够显著提高复合材料的起始结晶温度、热力学分解温度和成核速度,而SC的加入增加了聚乳酸基体的球晶尺寸,抑制了成核效应,并表现出显著的晶体排斥效应。通过温度-电阻测试发现,在不同的热处理温度(T_s=60、80、100、120℃)下,复合材料的电导率降低;而随着热处理温度的提高和SC的引入,电导率稳定区的出现时间逐渐缩短,从20 min缩短到了8 min,并且复合材料的结晶度也表现出了先增加后降低的现象,PLA+0.6%MWCNT的结晶度从15.7%(T_s=60℃)增加到了68.1%(T_s=100℃)。     

用于FDM的导电ABS/MWCNT复合材料的制备

采用熔融共混法将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)与多壁碳纳米管(MWCNT)复合,并对所得的复合材料进行了力学性能、热性能和电学性能分析。结果表明,添加MWCNT能够提高复合材料的力学性能、电导率和耐热性,力学性能在MWCNT添加量为2%时最佳,电导率随MWCNT添加量的增加而增大,MWCNT添加量为4%时,其电导率能达到4.35×10-6S/m。将添加4%MWCNT的复合材料拉丝,然后以三种打印方向进行熔融沉积(FDM)打印,研究了打印试样的力学性能,用扫描电镜(SEM)观察了其断面形貌。结果表明,水平方向打印的试样力学强度最好,侧向打印的试样次之,垂直方向打印的样品由于仅靠丝材的层间黏结,其力学强度比较差,与纯ABS丝材打印试样相比,复合丝材打印试样的拉伸强度和弯曲强度均有明显提高,冲击强度有所下降。     

PLA/PPy复合材料的制备及表征

以吡咯(Py)为原料,通过原位聚合法合成聚吡咯(PPy)导电粒子,通过PPy粒子对聚乳酸(PLA)进行改性,制备PLA基导电复合材料,并对其形貌、力学性能及导电性能进行测试。结果表明:PPy可以与PLA基体呈现一种紧密结合的状态;PLA/PPy(5%)导电复合材料综合性能最佳,其拉伸强度为51.2 MPa、断裂伸长率为163.5%、电导率为4.12×10~(-5) S/cm。     

PLA/Lyocell纤维复合材料结构与性能研究

以聚乳酸(PLA)为基体,新型纤维素纤维Lyocell纤维为增强材料,通过熔融共混及注塑成型制备了PLA/Lyocell纤维可生物降解复合材料,并采用扫描电镜(SEM)、力学性能测试、差示扫描量热法(DSC)和维卡软化温度测试等手段,探讨了Lyocell纤维含量对复合材料结构和性能的影响。结果表明:随着Lyocell纤维含量的增加,PLA/Lyocell纤维复合材料的结晶度、弯曲模量和维卡软化温度均随之提高,而拉伸强度和冲击强度则呈现先上升后下降的趋势。其中当Lyocell纤维含量达到6%时,其在复合材料中的分布较为均匀,所对应复合材料的力学性能相对较好,其拉伸强度、缺口冲击强度和弯曲模量比纯PLA分别提高了15.3%、12.3%和13.0%。     

PLA/CNTs复合材料的3D打印制备及其电磁屏蔽性能研究

通过3D打印成型方式,制备多孔且具有较高内表面积的聚乳酸(PLA)基体,再通过浸渍工艺使碳纳米管(CNTs)附着在基体孔壁,成功制备了具有电磁屏蔽功能的PLA/CNTs复合材料。对复合材料进行了力学性能、电磁屏蔽性能、扫描电子显微镜(SEM)测试。结果表明:当CNTs含量为2%时,PLA/CNTs复合材料的电磁屏蔽性能高达40 dB。PLA/CNTs复合材料的力学性能也明显提高,突出了PLA/CNTs复合材料的优异性能,拓展了PLA/CNTs复合材料的应用领域。     

聚乳酸/木粉复合材料的制备与力学性能研究

以聚乳酸(PLA)为基体,木粉为填料,分别采用热压成型和注塑成型方法制备了PLA/木粉复合材料。实验研究结果表明:当木粉用量由20%增加到60%时,PLA/木粉复合材料的拉伸强度由41.83 MPa降至15.96MPa;弹性模量由1 035.96 MPa降至283.43 MPa,断裂伸长率由7.04%降至1.73%。     

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。     

PBS/PLA/滑石粉3D打印线材制备及熔融沉积成型工艺研究

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为基体,滑石粉和聚乳酸(PLA)为改性剂,采用熔融挤出法制备了PBS/PLA/滑石粉三维 （3D）打印线材,并对其进行了熔融成型研究。通过分析结晶性能、流变性能、力学性能、断面形貌和打印效果对PBS/PLA/滑石粉体系进行了探究。结果表明,PLA的加入使PBS的结晶温度下降了5 ℃;随着PLA含量的增加,材料的复数黏度、储能模量和损耗模量均得到提高;而拉伸强度则随PLA含量的增加下降了1.71 MPa,缺口冲击强度下降了2.63 kJ/m2;PLA含量的增加使断面逐渐粗糙;在打印效果上复合材料的打印模型随PLA含量的增加而变得美观规整,当底板温度高于110 ℃时,打印制件的翘曲度较低,同时拉伸强度随着打印温度的升高而增加。     

SWCNT与PVB协同增强聚乳酸的力学、导电及热性能研究

以聚乳酸(PLA)为基体,单壁碳纳米管(SWCNT)为增强材料,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为界面相容剂,通过双螺杆挤出机熔融共混制备一系列SWCNT与PVB协同改性PLA复合材料。采用万能试验机、扫描电子显微镜(SEM)、偏光显微镜(POM)、电阻测试仪、维卡软化点测定仪以及红外热像仪对复合材料的力学性能、分散形态、导电性能、耐热变形温度和导热性能进行测试。结果表明,当10%PVB与0.5%SWCNT添加到PLA基体中,SWCNT/PVB/PLA复合材料的拉伸强度较纯PLA的提高了20.7%,断裂伸长率增加了121.8%,且冲击强度增加了262.6%;同时,SWCNT/PVB/PLA复合材料的电导率较纯PLA的提高了6个数量级,较SWCNT/PLA复合材料的增加了5个数量级。SWCNT与PVB的加入,可以有效提高PLA共混物的耐热变形温度和导热性能,当SWCNT质量分数为1.5%时,SWCNT/PVB/PLA复合材料的维卡软化温度达到88.6℃,较纯PLA提高了17.8℃左右。     

改性PLA/ESO/HA材料用于3D打印医用塑料止血夹

设计一款医用塑料止血夹,轮廓采用“V”型结构,调整塑性铰与扣锁部位。选取聚乳酸(PLA)为基体材料,添加环氧大豆油(ESO)与羟基磷灰石(HA)进行改性,制备PLA/ESO/HA复合材料并测试力学性能,通过有限元分析与3D打印止血夹对比PLA改性前后效果。结果表明,含3%HA的PLA/ESO/HA复合材料综合性能最佳,拉伸强度与弹性模量较PLA材料提高18.7%和降低34.6%。PLA/ESO/HA复合材料仿真止血夹应力分布均匀,塑性铰与扣锁部位最大应力较PLA材料仿真结果分别降低61.2%与32.7%。打印成型操作得PLA材料止血夹因断裂导致良品率低,而PLA/ESO/HA复合材料止血夹可实现良好闭合,结论与仿真结果相符,具备临床应用前景。     

纳米纤维素协同聚氨酯增强增韧聚乳酸的研究

以聚乳酸（PLA）为基体、聚氨酯（PU）为增韧相、纳米纤维素（NCF）为增强相,通过溶液法与熔融共混制得PLA/PU/NCF复合材料,研究了PU和NCF的含量对PLA力学性能与热稳定性的影响。采用傅里叶变换红外光谱仪、热失重分析仪、扫描电子显微镜和力学性能测试手段对PLA/PU/NCF复合材料的结构和性能进行了表征和分析。结果表明,柔顺的PU分子限制了PLA的结晶,提升了PLA基体的韧性;刚性的NCF通过氢键作用提升了PLA基体的强度;当NCF含量为3 %、PU含量为17 %时,PLA/PU/NCF复合材料的拉伸强度和断裂伸长率比纯PLA提升了12.10 %和694.91 %;高温热稳定性有了显著改善,复合材料的600 ℃残炭率为19.36 %。     

3D打印连续芳纶纤维增强聚乳酸复合材料的拉伸性能研究

将连续芳纶纤维(Kevlar)和聚乳酸(PLA)分别用作增强体和基体,同时引入熔融沉积成型(FDM)打印工艺制备样品,研究了打印层高、线宽、温度对连续芳纶纤维复合材料拉伸性能的影响。结果表明,随着打印层高与线宽的减小,试样中纤维含量逐渐增加,试样的拉伸强度显著增大。同时随着打印温度的增加,基体与纤维束结合加强,在一定范围内试样强度呈现上升趋势。当打印层高为0.3 mm,纤维体积分数为4.1%,试样的拉伸强度可达127 MPa,较纯PLA试样拉伸性能提高124.6%;较传统的纯PLA材料3D打印试样,连续芳纶纤维的加入极大地提高了试样的拉伸性能。     

壳聚糖对聚乳酸/竹纤维复合材料的性能影响

以聚乳酸(PLA)为基体材料,竹纤维(BF)为增强材料,乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)为增塑剂,壳聚糖(CS)为填充剂,采用注塑工艺制备了PLA/BF/CS复合材料。探讨了PLA/BF/CS复合材料的相容性、热性能、力学性能和吸水性,结果表明:少量CS有利于提高复合材料之间的界面相容性,当CS含量超过10%时,相容性变差;随CS含量的增加,PLA/BF/CS复合材料的热分解温度发生前移,热稳定性变差;少量的CS对PLA/BF/CS复合材料的拉伸强度略有增强而对韧性则有减弱作用;当CS含量超过10%时,拉伸强度显著变差而韧性却得到较好的改善;复合材料的吸水率则随着CS含量的增加呈现上升趋势。     

反应加工制备植物纤维增强聚乳酸复合材料的表征及性能研究

通过反应加工的方法,在制备剑麻纤维增强聚乳酸复合材料的过程中引入硫代磷酸三苯基异氰酸酯(TPTI)进行反应,实现纤维和聚乳酸之间的链接,以达到增强复合材料界面性能进而提升复合材料力学性能的目的。利用该方法制备了纤维质量分数为20%,不同含量TPTI的剑麻纤维增强聚乳酸复合材料,通过红外光谱、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)和力学测试研究TPTI的引入对复合材料微观结构和力学性能的影响。研究发现,当TPTI含量为0. 6%时复合材料的界面性能最好,此时力学性能也最佳,拉伸强度达到60. 38 MPa,弯曲强度达到89. 23 MPa,缺口冲击强度达到4. 32 k J/m~2,相比PLA/SF分别提高了31%、18. 4%和14. 7%。