连续玻璃纤维增强PLA复合材料3D打印技术研究

发布时间：2021-03-20 10:04

　　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200²20℃,打印速度范围为2⁴ mm/s。 

【文章来源】：塑料工业. 2020,48(01)北大核心CSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

打印层厚对CGF/PLA复合材料弯曲性能的影响

当层厚为0.5 mm，打印速度为2 mm/s时，打印温度对CGF/PLA复合材料力学性能的影响如图5。从图中可以看出，升高喷嘴温度有利于提高CGF/PLA复合材料的弯曲强度和弯曲模量，这是由于升高喷嘴温度可以降低PLA的黏度并改善PLA的流动性，在喷嘴的挤压作用下更容易渗入到纤维单丝之间，进而改善PLA在纤维束中的二次浸渍效果。另外，较高的熔体温度可以加强相邻两层沉积线的树脂界面结合，从而提高CGF/PLA复合材料的力学性能。但随着打印温度的升高，CGF/PLA复合材料的表面质量变差，如图6所示，这主要是由于更高的打印温度，需要更长的时间来充分冷却，而当打印速度一定时，没有完全冷却的沉积线容易被移动的喷嘴所拖动，导致沉积线翘起，影响复合材料的表面质量以及尺寸稳定性。综合考虑，CGF/PLA复合材料适宜的打印温度范围为200～220℃。2.4 打印速度对复合材料力学性能的影响

2.4 打印速度对复合材料力学性能的影响层厚为0.5 mm，打印温度为210℃时，打印速度对CGF/PLA复合材料力学性能的影响如图7所示。从图中可以看出随着打印速度的提高，弯曲强度显著降低，这主要是由于打印速度过高时，预浸丝在喷嘴内停留时间太短，PLA不能及时的全部熔融，同时也缩短了PLA对纤维束的浸渍时间，对PLA和纤维单丝之间的界面结合产生不好的影响，当复合材料试样在受到外力作用时基体材料首先断裂，载荷不能传递到纤维束，导致弯曲强度低。虽然降低打印速度可以提高CGF/PLA复合材料的力学性能，但打印速度过低时，会导致成型周期较长，对提高打印效率具有不利的影响。另外，随着打印速度的增加，喷嘴在移动过程中出丝速率加快，当打印到制品拐角处时，因来不及完全冷却被拉起，导致制品边缘不平整，且成型尺寸与模型尺寸产生差异。如图8所示，随着打印速度的提高，试样表面质量变差，且试样成型尺寸变短。综合考虑CGF/PLA复合材料的力学性能和制品的表面质量，打印速度范围在2～4 mm/s内较为适合。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3090821