高性能热塑性聚酰亚胺及其复合材料增材制造研究
发布时间：2021-05-18 08:34
3D打印技术用于快速加工和制造,可根据计算机设计制造出几何形状复杂的零部件。由于3D打印纯聚合物零件的机械性能和功能本质上的局限性,开发高性能的可打印聚合物复合材料是十分必要的。3D打印在复合材料的制造中提供了许多优势,包括高精度、低成本和定制复杂几何形状。本文概述了热塑性聚酰亚胺复合材料的3D打印技术,研究了3D打印热塑性聚酰亚胺复合材料结构件的力学、导电和热性能,并分析了它们在生物医学、电子和航空航天工程领域的潜在应用。重点介绍了颗粒增强、纤维增强和纳米增强热塑性聚酰亚胺（TPI）复合材料的制备方法和性能,对推动未来3D打印材料的研制与3D打印装备的研发具有重要意义。针对热塑性聚酰亚胺（TPI）具有加工成形温度区间窄、粘度高和粘流温度高等特点导致TPI的3D打印制造困难、热应力大、分层严重等问题。本文研发了高温3D打印机,成功制备了1.75mm直径热塑性聚酰亚胺3D打印丝材,分析了TPI原料与3D打印丝材的热稳定性能。研究了3D打印丝材的粘流温度（Tf）与打印起始温度的关系。研究3D打印温度对打印件层间结合力的影响,并确立TPI的可打印温度区间。研究发现,TP...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 高分子聚合物复合材料的分类与制造方法
1.2.1 高分子聚合物复合材料的分类
1.2.2 高分子聚合物复合材料增强填料
1.2.3 高分子聚合物复合材料的传统制造方法
1.3 热塑性聚酰亚胺制造方法
1.3.1 热塑性聚酰亚胺简介
1.3.2 热塑性聚酰亚胺传统制造方法
1.3.3 热塑性聚酰亚胺3D打印
1.4 3D打印高分子复合材料研究现状
1.4.1 3D打印技术简介
1.4.2 3D打印技术在复合材料中的研究现状
1.5 课题来源及论文研究内容
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究内容
第2章 热塑性聚酰亚胺增材制造及其层间结合力评价
2.1 引言
2.2 实验仪器
2.3 TPI原料热性能测试
2.3.1 实验材料
2.3.2 实验方案
2.3.3 实验结果及讨论
2.4 3D打印丝材制备
2.4.1 3D打印丝材制备工艺
2.4.2 3D打印丝材挤出流程
2.5 TPI3D打印系统
2.5.1 TPI3D打印问题
2.5.2 问题解决
2.6 TPI原材料与3D打印丝材热稳定性分析
2.6.1 实验方案
2.6.2 实验结果及讨论
2.7 打印温度对TPI样件层间结合力的影响
2.7.1 3D打印TPI样件的制备
2.7.2 实验方案
2.7.3 实验结果及讨论
2.8 本章小结
第3章 分离式连续碳纤维增强TPI增材制造研究
3.1 引言
3.2 材料与设备
3.3 分离式碳纤维3D打印系统
3.4 纯TPI丝材的干燥时间对3D打印样件拉伸性能的影响
3.4.1 样件准备
3.4.2 实验方案
3.4.3 实验结果及讨论
3.5 3D打印TPI-短纤维样件的拉伸和弯曲性能研究
3.5.1 材料制备
3.5.2 样件准备
3.5.3 纯TPI和 TPI-短纤维复合材料机械性能测试
3.5.4 吸水性测试
3.5.5 结果及讨论
3.6 3D打印连续碳纤维样件的力学性能研究
3.6.1 样件准备
3.6.2 实验方案
3.6.3 实验结果及讨论
3.7 本章小结
第4章 高性能导电可控TPI-碳纳米管增材制造研究
4.1 引言
4.2 材料与设备
4.3 不同喷嘴直径3D打印纯TPI样件的拉伸与弯曲性能研究
4.3.1 样件制备
4.3.2 实验方案
4.3.3 实验结果及讨论
4.4 3D打印丝材的热物理性能分析
4.4.1 材料制备
4.4.2 实验方案
4.4.3 实验结果及讨论
4.5 3D打印丝材和样件的导电电阻率研究
4.5.1 样件制备
4.5.2 实验方案
4.5.3 实验结果及讨论
4.6 TPI-CNTS3D打印样件物理与机械性能分析
4.6.1 实验前期准备
4.6.2 机械性能测试方案
4.6.3 循环弯曲导电测试方案
4.6.4 吸水性实验
4.6.5 实验结果及讨论
4.7 3D打印可穿戴特征样件
4.7.1 可穿戴特征样件模型建立
4.7.2 实验结果及讨论
4.8 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
研究生期间所取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维/环氧树脂脉管自润滑复合材料的制备及摩擦性能[J]. 崔锦峰,张静,慕波,郭军红,刘鹤,杨保平. 复合材料学报. 2019(09)
[2]3D打印用聚乳酸/松木粉/纳米二氧化硅木塑复合材料性能研究[J]. 董倩倩,李凯夫,蔡奇龙,龙海波,赵珍珍,周武艺,董先明. 塑料科技. 2019(01)
[3]智能制造与3D打印推动“中国制造2025”[J]. 卢秉恒. 高科技与产业化. 2018(11)
[4]碳纤维织物的织造与发展[J]. 陈晨,刘站,高维升,付莎莎. 纺织报告. 2018(12)
[5]基于活塞挤出式3D打印制备PLA/n-HA生物支架[J]. 王波群,揭晓华,胡晓岳. 工程塑料应用. 2018(12)
[6]石墨/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物导电3D打印复合耗材的制备与性能研究[J]. 李前进,诸葛祥群,赵俊,于文海,田伟,罗鲲. 化工新型材料. 2018(11)
[7]二十一世纪最有希望的“工程塑料”——聚酰亚胺[J]. 塑料科技. 2018(11)
[8]3D打印用尼龙66/Cu复合粉体的制备与性能[J]. 于翔,赵珂,王延伟,卢晓龙,张雅琪. 高分子材料科学与工程. 2018(09)
[9]3D打印用ABS的改性与制备[J]. 李蕾,张清怡,衣惠君. 工程塑料应用. 2018(09)
[10]“美国造”的运行机制、最新动态及启示[J]. 李方正,胡福文,马立敏,汪小明. 工业技术创新. 2018(04)
博士论文
[1]碳基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究[D]. 邱小明.北京科技大学 2019
[2]高性能聚酰亚胺基及聚苯基聚合物的制备及其性能研究[D]. 许文慧.江西师范大学 2018
[3]形状记忆聚合物本构模型及TPI复合材料性能研究[D]. 郭建明.哈尔滨工程大学 2016
[4]碳纳米管/聚乳酸复合材料的制备及结构和性能[D]. 冯江涛.哈尔滨工业大学 2009
[5]改性环氧树脂基体及其复合材料研究[D]. 洪旭辉.北京化工大学 2007
硕士论文
[1]石墨烯/聚醚醚酮复合材料的制备及其结晶动力学研究[D]. 于飞.长春工业大学 2018
[2]聚合物/碳纳米管复合材料的制备及性能研究[D]. 谢苗苗.西南大学 2018
[3]高耐热聚酰亚胺塑料的制备及热性能研究[D]. 孔德亮.吉林大学 2017
[4]碳纤维/高分子复合材料导热性能研究[D]. 楼熹辰.清华大学 2013
[5]环氧树脂/多壁碳纳米管复合材料的制备与性能研究[D]. 董春蕾.哈尔滨理工大学 2012
[6]碳纤维填充聚合物多组分导电高分子复合材料的研究[D]. 王方权.浙江大学 2011
[7]碳纳米管/聚合物复合材料电学性能研究[D]. 高建龙.兰州理工大学 2009
[8]表面改性碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能的研究[D]. 魏小昕.南京航空航天大学 2009
[9]短切碳纤维导电复合材料温敏性的研究[D]. 卢艳华.武汉理工大学 2007
本文编号：3193489
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 高分子聚合物复合材料的分类与制造方法
1.2.1 高分子聚合物复合材料的分类
1.2.2 高分子聚合物复合材料增强填料
1.2.3 高分子聚合物复合材料的传统制造方法
1.3 热塑性聚酰亚胺制造方法
1.3.1 热塑性聚酰亚胺简介
1.3.2 热塑性聚酰亚胺传统制造方法
1.3.3 热塑性聚酰亚胺3D打印
1.4 3D打印高分子复合材料研究现状
1.4.1 3D打印技术简介
1.4.2 3D打印技术在复合材料中的研究现状
1.5 课题来源及论文研究内容
1.5.1 课题来源
1.5.2 研究内容
第2章 热塑性聚酰亚胺增材制造及其层间结合力评价
2.1 引言
2.2 实验仪器
2.3 TPI原料热性能测试
2.3.1 实验材料
2.3.2 实验方案
2.3.3 实验结果及讨论
2.4 3D打印丝材制备
2.4.1 3D打印丝材制备工艺
2.4.2 3D打印丝材挤出流程
2.5 TPI3D打印系统
2.5.1 TPI3D打印问题
2.5.2 问题解决
2.6 TPI原材料与3D打印丝材热稳定性分析
2.6.1 实验方案
2.6.2 实验结果及讨论
2.7 打印温度对TPI样件层间结合力的影响
2.7.1 3D打印TPI样件的制备
2.7.2 实验方案
2.7.3 实验结果及讨论
2.8 本章小结
第3章 分离式连续碳纤维增强TPI增材制造研究
3.1 引言
3.2 材料与设备
3.3 分离式碳纤维3D打印系统
3.4 纯TPI丝材的干燥时间对3D打印样件拉伸性能的影响
3.4.1 样件准备
3.4.2 实验方案
3.4.3 实验结果及讨论
3.5 3D打印TPI-短纤维样件的拉伸和弯曲性能研究
3.5.1 材料制备
3.5.2 样件准备
3.5.3 纯TPI和 TPI-短纤维复合材料机械性能测试
3.5.4 吸水性测试
3.5.5 结果及讨论
3.6 3D打印连续碳纤维样件的力学性能研究
3.6.1 样件准备
3.6.2 实验方案
3.6.3 实验结果及讨论
3.7 本章小结
第4章 高性能导电可控TPI-碳纳米管增材制造研究
4.1 引言
4.2 材料与设备
4.3 不同喷嘴直径3D打印纯TPI样件的拉伸与弯曲性能研究
4.3.1 样件制备
4.3.2 实验方案
4.3.3 实验结果及讨论
4.4 3D打印丝材的热物理性能分析
4.4.1 材料制备
4.4.2 实验方案
4.4.3 实验结果及讨论
4.5 3D打印丝材和样件的导电电阻率研究
4.5.1 样件制备
4.5.2 实验方案
4.5.3 实验结果及讨论
4.6 TPI-CNTS3D打印样件物理与机械性能分析
4.6.1 实验前期准备
4.6.2 机械性能测试方案
4.6.3 循环弯曲导电测试方案
4.6.4 吸水性实验
4.6.5 实验结果及讨论
4.7 3D打印可穿戴特征样件
4.7.1 可穿戴特征样件模型建立
4.7.2 实验结果及讨论
4.8 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
研究生期间所取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维/环氧树脂脉管自润滑复合材料的制备及摩擦性能[J]. 崔锦峰,张静,慕波,郭军红,刘鹤,杨保平. 复合材料学报. 2019(09)
[2]3D打印用聚乳酸/松木粉/纳米二氧化硅木塑复合材料性能研究[J]. 董倩倩,李凯夫,蔡奇龙,龙海波,赵珍珍,周武艺,董先明. 塑料科技. 2019(01)
[3]智能制造与3D打印推动“中国制造2025”[J]. 卢秉恒. 高科技与产业化. 2018(11)
[4]碳纤维织物的织造与发展[J]. 陈晨,刘站,高维升,付莎莎. 纺织报告. 2018(12)
[5]基于活塞挤出式3D打印制备PLA/n-HA生物支架[J]. 王波群,揭晓华,胡晓岳. 工程塑料应用. 2018(12)
[6]石墨/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物导电3D打印复合耗材的制备与性能研究[J]. 李前进,诸葛祥群,赵俊,于文海,田伟,罗鲲. 化工新型材料. 2018(11)
[7]二十一世纪最有希望的“工程塑料”——聚酰亚胺[J]. 塑料科技. 2018(11)
[8]3D打印用尼龙66/Cu复合粉体的制备与性能[J]. 于翔,赵珂,王延伟,卢晓龙,张雅琪. 高分子材料科学与工程. 2018(09)
[9]3D打印用ABS的改性与制备[J]. 李蕾,张清怡,衣惠君. 工程塑料应用. 2018(09)
[10]“美国造”的运行机制、最新动态及启示[J]. 李方正,胡福文,马立敏,汪小明. 工业技术创新. 2018(04)
博士论文
[1]碳基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究[D]. 邱小明.北京科技大学 2019
[2]高性能聚酰亚胺基及聚苯基聚合物的制备及其性能研究[D]. 许文慧.江西师范大学 2018
[3]形状记忆聚合物本构模型及TPI复合材料性能研究[D]. 郭建明.哈尔滨工程大学 2016
[4]碳纳米管/聚乳酸复合材料的制备及结构和性能[D]. 冯江涛.哈尔滨工业大学 2009
[5]改性环氧树脂基体及其复合材料研究[D]. 洪旭辉.北京化工大学 2007
硕士论文
[1]石墨烯/聚醚醚酮复合材料的制备及其结晶动力学研究[D]. 于飞.长春工业大学 2018
[2]聚合物/碳纳米管复合材料的制备及性能研究[D]. 谢苗苗.西南大学 2018
[3]高耐热聚酰亚胺塑料的制备及热性能研究[D]. 孔德亮.吉林大学 2017
[4]碳纤维/高分子复合材料导热性能研究[D]. 楼熹辰.清华大学 2013
[5]环氧树脂/多壁碳纳米管复合材料的制备与性能研究[D]. 董春蕾.哈尔滨理工大学 2012
[6]碳纤维填充聚合物多组分导电高分子复合材料的研究[D]. 王方权.浙江大学 2011
[7]碳纳米管/聚合物复合材料电学性能研究[D]. 高建龙.兰州理工大学 2009
[8]表面改性碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能的研究[D]. 魏小昕.南京航空航天大学 2009
[9]短切碳纤维导电复合材料温敏性的研究[D]. 卢艳华.武汉理工大学 2007
本文编号：3193489
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