基于熔融沉积成型3D打印用PP/PA6合金的制备及性能研究
发布时间：2021-02-02 18:43
随着科技的进步和社会个性化需求的日益提高,近年来3D打印技术逐渐得到发展,并在生物医疗、汽车、建筑、航空航天、艺术设计等领域得到了广泛的应用。其中,熔融沉积成型技术（FDM）因具有原理简单、操作方便、环保安全、成本较低等优点而成为了当前应用最为普遍的3D打印技术之一。然而,目前市场上的FDM耗材种类有限,主要为聚乳酸（PLA）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等热塑性塑料,且性能上仍存在很多不足,普遍缺乏功能性,这严重限制了FDM技术的发展和应用。随着“4D打印技术”概念的提出,高性能及多功能新型材料的增材制造成为了当前的研究热点之一。基于此,本论文选用聚丙烯（PP）/尼龙6（PA6）合金作为基材,以马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物（POE-g-MAH）作为合金的改性剂,系统研究了PP/PA6合金材料的3D打印性能、形状记忆性能和导电性能,这对于开拓FDM耗材种类的多样性、拓展FDM技术的功能性应用以及推动4D打印技术的发展有着重要的理论和实际意义。PP和PA6由于收缩和翘曲问题严重,难以采用FDM成型。本论文首先通过熔融共混制备了PP/POE-g-MAH二元共混物,结果发现PP与P...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
D打印的成型过程
华南理工大学硕士学位论文积成型 3D 打印技术沉积成型 3D 打印的原理积成型技术（FDM）是当前应用最为普遍的 3D 打印技术之一，。将直径范围在 1.75mm 左右的热塑性高分子线材送至热熔喷挤出，同时喷头在计算机的控制下，会根据产品的截面轮廓信息的材料涂覆在工作台上并快速冷却形成薄片轮廓，待一层截面的高度（即分层厚度），再进行下一层截面的成型，如此循环，的三维产品。相比于其他 3D 打印技术，FDM 技术的成型原理环境干净安全，且原材料以卷轴丝形式提供，易于操作和快好，适用于小型零件的生产和加工。
的条状模型时，PP 发生了严重的翘曲问题，致使制品无法很好地粘着在热床上，打印完成率仅为 1%时即脱离热床，如图 1-3 所示。此前 Y. Jia 等[34]已有研究表明，结晶性聚合物应用于FDM中制品会发生严重翘曲致使打印无法顺利完成的原因如图1-4和图1-5所示。首先，FDM 是一个材料经历固-液-固相转变然后逐层堆积成型的过程，线材堆积的不同步会使得各层之间产生温度差：当旧堆积层（第 N 层）打印完毕，开始冷却，温度接近室温，低于玻璃化温度，此时新堆积层（第 N+1 层）开始打印，温度接近熔点，高于玻璃化温度，呈流动状态。由于新堆积层的分子链运动更为容易，则会在旧堆积层冷却过程中对其产生外力作用，使其不能完全自由地冷却收缩，体积收缩的不均匀便会引起收缩内应力的产生，导致了 FDM 中翘曲问题的发生。当材料的分子链排列规整，结晶程度高，则冷却过程中体积收缩的不均匀程度更高，制品翘曲现象更为明显。FDM的成型特点决定了其温度差必然存在，则不均匀的收缩也必然发生，只有通过减小收缩内应力才能使翘曲问题减轻，因此改善 PP 的高结晶能力是改善其打印翘曲的关键。
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术在建筑工程中的应用及发展[J]. 石宝存,张士萍,李成,陈玮. 江苏建材. 2018(06)
[2]浅谈3D打印技术在汽车领域中的应用[J]. 李靖. 内燃机与配件. 2018(18)
[3]3D打印技术在医疗领域的应用价值与展望[J]. 赵庆红,郭俊卿,高琰,高宁,王荣杰. 机械设计与制造工程. 2018(06)
[4]4D Printing:History and Recent Progress[J]. Jing-Jun Wu,Li-Mei Huang,Qian Zhao,Tao Xie. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(05)
[5]4D打印技术在航空飞行器研制中的应用潜力[J]. 苏亚东,王向明,吴斌,王福雨,汪嘉兴,邢本东. 航空材料学报. 2018(02)
[6]石墨烯增强尼龙复合材料3D打印工艺研究[J]. 习武,张效迅,金鸣,黄丹,史志成. 塑料工业. 2016(12)
[7]4D打印及其军事应用前景[J]. 王群. 国防科技. 2016(04)
[8]SBS对3D打印ABS性能的影响[J]. 方禄辉,孙东成,曹艳霞,赖华林. 工程塑料应用. 2015(09)
[9]环境温度对3D打印成型精度的影响[J]. 屈晨光,张师军,高达利,邹浩,刘建叶,董穆,郭家梁,邵静波,吕芸. 塑料工业. 2015(08)
[10]Optimization of fused deposition modeling process parameters:a review of current research and future prospects[J]. Omar A.Mohamed,Syed H.Masood,Jahar L.Bhowmik. Advances in Manufacturing. 2015(01)
博士论文
[1]纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用研究[D]. 张金柱.南京理工大学 2002
硕士论文
[1]适用于FDM的聚碳酸酯材料研究[D]. 李振.上海材料研究所 2017
[2]PP/PET/POE-g-MAH形状记忆合金的制备与性能研究[D]. 董保健.天津科技大学 2012
[3]HDPE/PA6（PA66）热致形状记忆合金的制备和性能研究[D]. 陶磊.天津科技大学 2009
[4]尼龙6/聚丙烯共混物相容性的研究[D]. 蒋智强.四川大学 2007
本文编号：3015192
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
D打印的成型过程
华南理工大学硕士学位论文积成型 3D 打印技术沉积成型 3D 打印的原理积成型技术（FDM）是当前应用最为普遍的 3D 打印技术之一，。将直径范围在 1.75mm 左右的热塑性高分子线材送至热熔喷挤出，同时喷头在计算机的控制下，会根据产品的截面轮廓信息的材料涂覆在工作台上并快速冷却形成薄片轮廓，待一层截面的高度（即分层厚度），再进行下一层截面的成型，如此循环，的三维产品。相比于其他 3D 打印技术，FDM 技术的成型原理环境干净安全，且原材料以卷轴丝形式提供，易于操作和快好，适用于小型零件的生产和加工。
的条状模型时，PP 发生了严重的翘曲问题，致使制品无法很好地粘着在热床上，打印完成率仅为 1%时即脱离热床，如图 1-3 所示。此前 Y. Jia 等[34]已有研究表明，结晶性聚合物应用于FDM中制品会发生严重翘曲致使打印无法顺利完成的原因如图1-4和图1-5所示。首先，FDM 是一个材料经历固-液-固相转变然后逐层堆积成型的过程，线材堆积的不同步会使得各层之间产生温度差：当旧堆积层（第 N 层）打印完毕，开始冷却，温度接近室温，低于玻璃化温度，此时新堆积层（第 N+1 层）开始打印，温度接近熔点，高于玻璃化温度，呈流动状态。由于新堆积层的分子链运动更为容易，则会在旧堆积层冷却过程中对其产生外力作用，使其不能完全自由地冷却收缩，体积收缩的不均匀便会引起收缩内应力的产生，导致了 FDM 中翘曲问题的发生。当材料的分子链排列规整，结晶程度高，则冷却过程中体积收缩的不均匀程度更高，制品翘曲现象更为明显。FDM的成型特点决定了其温度差必然存在，则不均匀的收缩也必然发生，只有通过减小收缩内应力才能使翘曲问题减轻，因此改善 PP 的高结晶能力是改善其打印翘曲的关键。
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术在建筑工程中的应用及发展[J]. 石宝存,张士萍,李成,陈玮. 江苏建材. 2018(06)
[2]浅谈3D打印技术在汽车领域中的应用[J]. 李靖. 内燃机与配件. 2018(18)
[3]3D打印技术在医疗领域的应用价值与展望[J]. 赵庆红,郭俊卿,高琰,高宁,王荣杰. 机械设计与制造工程. 2018(06)
[4]4D Printing:History and Recent Progress[J]. Jing-Jun Wu,Li-Mei Huang,Qian Zhao,Tao Xie. Chinese Journal of Polymer Science. 2018(05)
[5]4D打印技术在航空飞行器研制中的应用潜力[J]. 苏亚东,王向明,吴斌,王福雨,汪嘉兴,邢本东. 航空材料学报. 2018(02)
[6]石墨烯增强尼龙复合材料3D打印工艺研究[J]. 习武,张效迅,金鸣,黄丹,史志成. 塑料工业. 2016(12)
[7]4D打印及其军事应用前景[J]. 王群. 国防科技. 2016(04)
[8]SBS对3D打印ABS性能的影响[J]. 方禄辉,孙东成,曹艳霞,赖华林. 工程塑料应用. 2015(09)
[9]环境温度对3D打印成型精度的影响[J]. 屈晨光,张师军,高达利,邹浩,刘建叶,董穆,郭家梁,邵静波,吕芸. 塑料工业. 2015(08)
[10]Optimization of fused deposition modeling process parameters:a review of current research and future prospects[J]. Omar A.Mohamed,Syed H.Masood,Jahar L.Bhowmik. Advances in Manufacturing. 2015(01)
博士论文
[1]纳米无机粒子在塑料高性能化改性中的应用研究[D]. 张金柱.南京理工大学 2002
硕士论文
[1]适用于FDM的聚碳酸酯材料研究[D]. 李振.上海材料研究所 2017
[2]PP/PET/POE-g-MAH形状记忆合金的制备与性能研究[D]. 董保健.天津科技大学 2012
[3]HDPE/PA6（PA66）热致形状记忆合金的制备和性能研究[D]. 陶磊.天津科技大学 2009
[4]尼龙6/聚丙烯共混物相容性的研究[D]. 蒋智强.四川大学 2007
本文编号：3015192
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