基于3D打印技术的夹层结构纤维增强复合材料制备及性能研究

发布时间：2024-02-01 12:05

　　夹层结构作为一种轻质、高强的高性能结构被广泛应用于航空航天、建筑、军事等领域。低成本、高性能、低能耗是现代先进制造技术的发展方向,夹层结构虽然可以通过夹芯结构的设计达到轻质、高强的效果,但其制备过程存在工艺链较长、产品可设计性差、能耗较高等问题。传统材料加工采用减法制造或等材制造,通过切割工具或模具对原有材料进行加工得到产品,存在原料利用率低、可设计性差等缺点。3D打印又称为增材制造技术、采用逐层堆积、增加材料的原理实现产品从无到有的,能够实现三维实体的制造,具有设计灵活、成型较快的特点,能够有效弥补夹层结构在制备过程中存在的问题。但3D打印技术受打印材料的限制,也存在打印产品力学性能较差的缺点,为解决3D打印力学性能较差的问题,目前最广泛的做法是在3D打印材料中加入增强纤维制备纤维增强复合材料,提高材料的力学性能。本文采用高性能的芳纶纤维作为增强体,3D打印耗材聚乳酸(PLA)作为基体通过熔融沉积(FDM)3D打印技术制备纤维增强夹层结构复合材料,并通过磷酸改性、硅烷偶联剂改性(KH-560)改善芳纶纤维与PLA基体的结合效果,提高材料的力学性能。研究FDM打印参数对纯PLA制备波纹...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 芳纶纤维及研究应用现状
        1.2.2 基于3D打印技术的纤维增强复合材料研究现状与趋势
        1.2.3 复合材料界面理论
        1.2.4 超声波无损检测技术发展现状及应用
    1.3 本课题研究内容及创新点
        1.3.1 本课题的主要内容
        1.3.2 本课题的创新点
第二章 PLA3D打印耗材制备波纹夹层结构及性能分析
    2.1 熔融沉积FDM3D打印原理及影响因素分析
        2.1.1 熔融沉积FDM3D打印原理
        2.1.2 熔融沉积FDM3D打印参数对成型件的影响分析
    2.2 波纹夹层结构FDM的制备
        2.2.1 实验材料及仪器设备
        2.2.2 实验材料的分析
        2.2.3 实验方案的设计
        2.2.4 模型的绘制
        2.2.5 波纹夹层结构的制备
    2.3 波纹夹层结构截面观察与分析
    2.4 波纹夹层结构力学性能测试与分析
        2.4.1 波纹夹层结构力学性能测试标准
        2.4.2 波纹夹层结构力学性能测试与分析
    2.5 本章小结
第三章 芳纶纤维增强PLA波纹夹层结构的制备及力学性能研究
    3.1 采用FDM3D打印技术制备波纹夹层结构复合材料原理
    3.2 实验方案的设计
    3.3 波纹夹层结构复合材料截面测试与分析
    3.4 力学性能测试结果分析
    3.5 纯PLA与芳纶纤维增强PLA复合材料波纹夹层结构力学性能比较
    3.6 本章小结
第四章 芳纶改性及其增强波纹夹层结构 3D打印及力学性能研究
    4.1 实验材料与仪器
        4.1.1 实验材料
        4.1.2 实验仪器
    4.2 芳纶纤维表面改性处理
        4.2.1 磷酸改性处理
        4.2.2 硅烷偶联剂改性处理
    4.3 芳纶纤维改性的形貌测试与分析
        4.3.1 磷酸改性对芳纶纤维形貌的影响
        4.3.2 硅烷偶联剂处理对芳纶纤维形貌的影响
    4.4 改性芳纶的红外光谱分析
    4.5 改性芳纶的拉伸强力测试与分析
        4.5.1 磷酸处理对芳纶长丝纱拉伸断裂强力的影响
        4.5.2 硅烷偶联剂处理对芳纶长丝纱拉伸断裂强力的影响
    4.6 改性芳纶纤维增强PLA波纹夹层结构制备及性能分析
        4.6.1 改性芳纶纤维增强PLA波纹夹层结构制备
        4.6.2 改性芳纶纤维增强PLA波纹夹层结构力学性能测试
        4.6.3 改性芳纶纤维增强PLA波纹夹层结构截面测试与分析
    4.7 本章小结
第五章 3D打印材料的超声波无损检测分析
    5.1 超声波无损检测技术分类
        5.1.1 透射法与反射法
        5.1.2 穿透法装置简图及几种常见的缺陷情况
        5.1.3 反射法缺陷情况对应的波形图
        5.1.4 接触法与液浸法
        5.1.5 超声波无损检测显示方法
    5.2 实验原料与仪器设备
    5.3 测试试样的制备与测试条件
        5.3.1 测试试样的制备
        5.3.2 测试条件的设置
        5.3.3 测试步骤
    5.4 测试结果与分析
        5.4.1 边缘效应的界定
        5.4.2 分析评价方法
        5.4.3 试样波形与变异系数分析
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢



本文编号：3892085