基于FDM的PLA基多孔复合材料的制备与性能研究

发布时间：2021-05-19 08:36

　　聚合物多孔材料是当前材料科学研究领域的一大热点,但目前常规的聚合物致孔技术难以实现复杂结构、个性定制多孔材料的成型。3D打印（3D Printing,3DP）在复杂结构快速成型、个性定制和缩短开发周期方面具有明显的优势。熔融沉积成型（Fused Deposition Modelling,FDM）是典型的3D打印快速成型工艺,因其成本低、设备简单,发展迅猛。但目前FDM 3D打印机精度所限,难以打印微纳孔结构。针对上述问题,本文采用熔融共混挤出法制备了一类新型聚乳酸（PLA）基FDM复合材料,并探索了3D打印—水洗（3D Printing-Washing,3DP-W）制备PLA基多孔器件的新方法。本文重点研究了聚乙烯醇（PVA）和硫酸钠（Na₂SO₄）两类水溶性致孔剂与PLA共混改性制备的新型PLA基复合线材及3DP-W法制备的复合多孔器件。复合材料的力学性能、热性能、加工性能、降解性能与孔结构等采用万能力学试验机、同步热分析仪、热变形温度测试仪、MFR、XRD和SEM等进行了测试与表征。首先,研究了以PVA为致孔剂的PVA/PLA多孔复合材料... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 前言
    1.2 3D打印技术概况
        1.2.1 3D打印技术特点和优势
        1.2.2 3D打印技术应用
        1.2.3 3D打印工艺及打印材料
    1.3 FDM3D打印技术及其打印材料
        1.3.1 FDM3D打印技术工作原理
        1.3.2 FDM3D打印材料
    1.4 PLA的性质及改性研究
        1.4.1 PLA的性质
        1.4.2 PLA的改性研究
    1.5 PLA基多孔材料研究现状
        1.5.1 聚合物多孔材料概述
        1.5.2 PLA基多孔材料的制备方法
    1.6 选题的意义及内容
第2章 实验部分
    2.1 实验主要仪器
    2.2 实验主要原料
    2.3 实验方法
        2.3.1 原料预处理
        2.3.2 FDM复合线材的制备
        2.3.3 多孔器件的制备
        2.3.4 标准样条的制备
    2.4 复合材料的性能测试及表征
        2.4.1 加工性能测试
            2.4.1.1 MFR测试
            2.4.1.2 挤丝和打印测试
        2.4.2 力学性能测试
            2.4.2.1 拉伸性能测试
            2.4.2.2 弯曲性能测试
            2.4.2.3 冲击性能测试
        2.4.3 结晶性能及热性能测试
            2.4.3.1 DSC测试
            2.4.3.2 热重(TGA)测试
            2.4.3.3 X射线衍射(XRD)测试
            2.4.3.4 热变形温度(HDT)测定
        2.4.4 致孔效果分析
            2.4.4.1 扫描电镜(SEM)测试
            2.4.4.2 孔隙率测试
        2.4.5 亲水性能测试
        2.4.6 土壤降解实验
第3章 新型PVA/PLA基FDM复合材料的制备及性能研究
    3.1 复合材料配方组分的选择
        3.1.1 致孔剂
        3.1.2 稳定剂
        3.1.3 增塑剂
        3.1.4 分散剂
        3.1.5 抗氧化剂
        3.1.6 增韧剂
    3.2 复合材料加工温度区间的选择
        3.2.1 PVA的热性能分析
        3.2.2 聚乳酸的热性能分析
        3.2.3 PVA/PLA复合材料共混挤出温度的确定
    3.3 PVA/PLA复合材料的制备
    3.4 PVA含量对PVA/PLA复合材料性能的影响
        3.4.1 加工性能
            3.4.1.1 MFR分析
            3.4.1.2 挤丝和打印性能分析
        3.4.2 力学性能
        3.4.3 热性能及结晶性能
            3.4.3.1 DSC分析
            3.4.3.2 TG分析
            3.4.3.3 热变形温度分析
        3.4.4 致孔效果分析
            3.4.4.1 SEM微观形貌
            3.4.4.2 孔隙率分析
        3.4.5 亲水性能分析
        3.4.6 土壤降解性实验分析
    3.5 增韧剂对PVA/PLA复合材料性能的影响
        3.5.1 MFR分析
        3.5.2 挤丝和打印性能分析
        3.5.3 力学性能分析
        3.5.4 热变形温度分析
    3.6 PVA/PLA基FDM复合线材及多孔器件照片
    3.7 本章小结
第4章 新型Na_2SO_4/PLA基FDM复合材料的制备与性能
    4.1 Na_2SO_4/PLA复合材料的制备
        4.1.1 Na_2SO_4/PLA复合材料添加剂用量的确定
        4.1.2 Na_2SO_4/PLA复合材料的配方
    4.2 Na_2SO_4/PLA复合材料性能分析
        4.2.1 力学性能分析
        4.2.2 流动性能分析
        4.2.3 挤丝和打印性能分析
        4.2.4 致孔效果分析
            4.2.4.1 不同球磨时间的Na_2SO_4/PLA复合材料
            4.2.4.2 不同Na_2SO_4含量的Na_2SO_4/PLA复合材料
        4.2.5 热变形温度分析
        4.2.6 TG分析
        4.2.7 XRD分析
        4.2.8 亲水接触角分析
        4.2.9 降解性能分析
    4.3 Na_2SO_4/PLA基FDM复合线材及多孔器件照片
    4.4 本章小结
结论
展望
参考文献
附录A 攻读学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]3D打印在生物医疗方面的应用现状[J]. 张鹏.  新材料产业. 2017(11)
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[4]3D打印多孔钛支架微观孔隙结构和力学性能[J]. 冯辰栋,夏宇,李祥,王成焘.  医用生物力学. 2017(03)
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[7]人体植入医用材料的3D打印技术研究进展[J]. 罗希,张响,朱银宇,刘如铁.  材料导报. 2016(S2)
[8]面向3D打印的复杂产品设计综述[J]. 杨慧香,宋国亚,姜大伟,尹晓静,赵俊鹏,宁腾飞.  现代制造工程. 2016(11)
[9]3D打印聚乳酸热塑挤压成型材料的研究及应用[J]. 唐鹿.  工程塑料应用. 2016(11)
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博士论文
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[2]聚乳酸共混改性研究[D]. 王宁.天津大学 2007

硕士论文
[1]功能纳米纤维膜的制备及应用[D]. 马立静.北京化工大学 2016
[2]3D打印多孔复合支架的生物相容性研究[D]. 涂畅.华中科技大学 2016
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[5]静电纺丝法制备PCLPLA纳米纤维及其在生物材料方面的研究[D]. 王龙.广东工业大学 2013
[6]聚乳酸基纳米复合材料的制备与性能研究[D]. 马云霞.中北大学 2013
[7]超临界CO2制备聚乳酸发泡材料成型技术研究[D]. 晏梦雪.华南理工大学 2011
[8]熔融沉积成型材料与支撑材料的研究[D]. 余梦.华中科技大学 2007



本文编号：3195471