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对于3D打印复合材料性能的影响研究结果

更新时间: 2019-12-02 11:14:52  查看次数: 355    
构建了3D打印挤出喷嘴模型,分析了3D打印挤出喷嘴的挤出机理,对喷嘴流道对纤维增强复合材料挤出的影响进行了数值分析和模拟。依此理论为指导,研究设计了新型发散式3D打印喷嘴,利用该喷嘴,成功制备了3D打印玻璃纤维增强聚乳酸复合材料,并进行了实验验证。


研究了玻璃纤维的含量、偶联剂、相容剂、挤出温度、螺杆转速等耗材制备过程参数对3D打印玻璃纤维增强聚乳酸复合材料力学性能的影响,研究结果如下:


3D打印纤维增强聚乳酸复合材料,其拉伸强度和拉伸弹性模量在玻纤含量为25%时达到最大,其弯曲强度和弯曲模量在玻纤含量为20%时达到最大,综合拉伸强度和弯曲强度的大小,玻纤含量为20%时3D打印复合材料的力学性能最优,拉伸强度和弯曲强度分别为41.29MPa和27.903MPa,相较于3D打印纯聚乳酸复合材料分别提高了52.6%和5.47%。


未加入偶联剂时复合材料的拉伸强度及弯曲强度分别为38.2MPa和27.9MPa,当偶联剂含量提高到0.4%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别为41.29MPa和28.9MPa,分别提高了8.09%和3.6%;继续增加玻纤的提高量直至达到0.7%时,复合材料拉伸强度和弯曲强度下降但均未低于未经偶联剂处理时复合材料强度。因此,最佳偶联剂含量为0.4%。


当相容剂添加质量分数超过3%后,复合材料拉伸强度和弯曲强度分別达到45.86、29.208MPa,相比于未加入相容剂前分别提高了11%和4.68%;当相容剂添加量超过3%后,复合材料拉伸强度和弯曲强度随着PLA-g-MAH添加量的增加而减少,但其力学性能仍高于未添加增容剂PLA-g-MAH的PLA/GF复合材料的力学性能。经过分析得出:最佳相容剂的添加量为3%。


当挤出模具的温度升高直至达到170°C后,拉伸强度达到了42.55MPa;当挤出模具的温度升高直至达到180°C后,其拉伸强度增加到45.86MPa,增加至7.85%;然后通过继续加大模具的变化温度直至达到185°C后,其对应的拉伸强度降低为44.08MPa。而当挤出模具的温度超过180°C时,随着挤出模具温度的升高,聚乳酸熔体和玻璃纤维的结合降低,所以其对应的玻璃纤维增强复合材料的拉伸强度也降低。经过分析得出:最佳挤出模具的温度为180°C。


玻璃纤维增强聚乳酸复合材料的拉伸性能随挤出机螺杆转速的增加先升高后下降。当挤出机螺杆转速为20r/min时,拉伸强度为43.55MPa;当挤出机螺杆转速提高到40r/min时,其拉伸强度增加到45.86MPa,提高了5.3%;如果继续提高挤出机螺杆转速,拉伸强度下降。在本实验中,最佳挤出机螺杆转速为40r/min。



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