选择性激光烧结聚苯乙烯及其复合材料性能的研究

摘要

选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）是一种通过计算机软件将零件进行分层处理，再利用激光将每一层截面烧结成形，最终层层叠加得到三维实体零件的非常重要的快速成形技术。而聚苯乙烯(PS)作为被广泛应用于SLS领域的聚合物材料也具有很大的研究价值。
　　本文以尼龙12(PA12)和多壁碳纳米管(MWCNTs)作为有机填料加入到PS基体材料中，制备得到 PS/PA12，PS/MWCNTs两种复合粉末。然后以这两种 PS复合粉末为研究对象，研究了烧结工艺参数对 PS/PA12复合材料烧结成形的影响；并将PS/PA12复合材料与纯PS烧结成形件的性能及精度进行了对比；分析了 PS/PA12复合材料在烧结过程中次烧结区形成的原因。同时，制备了PS/MWCNTs复合材料烧结成形件；分析了MWCNTs的加入对于复合材料激光烧结的影响。目前在 SLS领域，对于碳纳米管增强聚合物材料的研究较少，本文的研究工作填补了这项领域的一处空白，具有一定的现实意义。
　　本文通过机械共混法制备了两组成分不同的PS/PA12复合粉末，并进行选择性激光烧结得到成形件，研究了 PS/PA12复合粉末的成分对于成形件力学性能、尺寸精度以及断口形貌的影响。结果表明:由于PA12与PS极性相差较大，在烧结过程中易导致次烧结区的产生。而且，PA12作为晶态聚合物，烧结过程中会结晶，对成形件的尺寸精度造成很大影响，使得 PS/PA12复合粉末成形件的尺寸精度比纯PS成形件要低。但PS/PA12复合粉末相比纯PS粉末烧结成形件，其力学性能得到了增强。
　　本文通过机械共混法制备了聚苯乙烯（PS）/多壁碳纳米管（MWCNTs）复合材料并用于选择性激光烧结（SLS）成形。并在接下来的傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman spectroscopy）、X射线衍射分析（XRD）和力学性能测试对复合材料的结构与力学性能进行了分析。研究了 PS/MWCNTs复合材料及 PS烧结成形件的力学性能、尺寸精度及断口微观形貌。结果表明：PS/MWCNTs复合材料成形件的拉伸强度及断裂延伸率分别较PS烧结成形件提高了32.6％和7.7%。且PS/MWCNTs复合材料成形件的各方向尺寸精度对比纯PS烧结成形件也均有提高。这说明，采用碳纳米管增强聚合物材料在SLS应用领域具有极大的发展前景。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 选择性激光烧结概述

1.3 聚苯乙烯复合材料选择性激光烧结机理

1.4 选择性激光烧结聚苯乙烯复合材料概述

1.5 本文研究的意义及主要内容

第2章 选择性激光烧结试验设计

2.1试验方案

2.2 检测方法及相关仪器简介

2.3 力学性能及精度测试

2.4 本章小结

第3章 选择性激光烧结PS/PA-12复合材料的研究

3.1 实验部分

3.2 PS/PA-12复合材料的力学性能及尺寸精度

3.3 本章小结

第4章 选择性激光烧结PS/MWCNTs复合材料的研究

4.1 实验部分

4.2 PS/MWCNTs复合材料的结构表征

4.3 PS/MWCNTs复合材料的力学性能

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间研究成果