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3D打印技术制备短纤维增强热塑性高分子复合材料工艺

更新时间: 2019-12-01 14:22:57  查看次数: 245    

Shonfer等做了使用熔融沉积(FDM)工艺加工ABS填充气相生成碳纤维(VGCFs)增强复合材料的研究。碳纤维和ABS使用密炼机进行混合,碳纤维填充的ABS粒料采用热压成型,将成型的片材破碎造粒后通过挤出机拉成3D打印1.75mm耗材。FDM成型后的试样在经过拉伸试验后,与未填充的ABS的性能相比较表明,VGCF/ABS复合材料的层间堆积角度为零时的拉伸强度大幅度提高,但是伸长率却显著降低,断裂模式也变为了脆性的。这是由于抵抗纤维拔出的能力较低,层间融合较差,而未填充ABS的层间融合性能较好。这些实验结果表明层间融合和纤维基体间的界面结合效果都不理想,而且长丝的成型过程有待提高和改进。


Zhong等使用了短玻璃纤维增强ABS作为熔融沉积成型技术的复合长丝材料。原材料为短玻璃纤维增强ABS(GFABS-30), LLDPE和ABS塑料。先后使用双螺杆挤出机和单螺杆挤出机造粒、挤出长丝。使用制备好的长丝作为原料,制备了两种长度沿不同方向的试样,与纯ABS的性能相比,复合材料试样的强度、软化温度和热变形温度更高,同时收缩降低;但要确定一个合适的玻璃纤维含量来寻求制品性能与设备磨损间的平衡。


Tekinalp等研究了短纤维增强ABS的3D打印成型制品的微观结构和机械性能,并且进行了模压成型和FDM成型的对比研究;使用Brabender混合器将长度为3.2mm的玻璃纤维和ABS树脂预混为玻璃纤维含量10%、20%、30%和40%的原料,再将其通过挤出成型为模压成型所需的片材和FDM成型所需的直径为1.75mm长丝材料;将片材切为短片填充到模具中模压成型为矩形柱试样,FDM试样直接使用桌面级3D打印机成型,但是玻璃纤维含量为40%的长丝材料只打印了几层便出现了喷嘴堵塞而难于成型。测试结果表明FDM工艺可以打印高度分散和高度取向的玻璃纤维,拉伸强度和模量大幅度提高甚至要高于铝(Aluminum6061-0)的强度。在模压成型和FDM成型的对比研究中发现,FDM成型的试样中的空隙较多而模压成型的试样中没有明显的空隙。FDM成型试样中的打印方向有着显著的纤维取向,模压成型试样中的纤维取向可能是由于原料挤出过程中形成的。


Ning等首次通过挤出成型工艺制备了玻璃纤维增强ABS复合长丝材料,比较了不同玻璃纤维含量及长度的FDM成型试样。玻璃纤维的平均直径为7.2μm,长度为150μm和100μm,将两种不同长度的玻璃纤维粉末与ABS颗粒混合成为不同纤维含量的原料,再用挤出机将其成型为长丝后进行复合材料的FDM打印成型。实验的结果表明,与纯ABS树脂试样比较,加入玻璃纤维后可以提高拉伸强度和杨氏模量,但是会降低軔性、屈服强度和延展性;含量为5%和7.5%时提高22.5%和30.5%;玻璃纤维长度为150μm的试样强度和杨氏模量均高于玻璃纤维长度为100μm的试样。



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