基于选区激光烧结的聚苯乙烯/碳纤维材料增强工艺研究

摘要

以聚苯乙烯(PS)为原材料的选区激光烧结(SLS)制件具有成型精度高、成型周期短等优点，被广泛应用于快速熔模铸造领域，但因其烧结强度低，不适用于大型复杂零什或对强度有更高要求的原型件、功能件的成型。本文旨在提高PS制件的强度，对聚苯乙烯/碳纤维(PS/CF)复合材料的制各和SLS成型机理、工艺参数的范围与工艺参数优化、气相沉积碳纤维增强聚苯乙烯等问题进行了系统的理论分析与实验研究，最终有效提高了PS制件的烧结强度，这对于拓宽PS制件的应用范围有实际意义。
　　首先针对SLS成型工艺特点，选择满足SLS工艺要求的一种CF粉末作为增强剂，运用机械混合法制备含CF质量分数10%的PS/CF复合材料，通过热重实验测定了复合材料的分解温度，从材料与激光的热作用过程分析了复合粉永SLS成型机理，并结合SLS工艺对铺粉性能的要求分析了复合粉末的铺粉性能，为后续烧结实验奠定基础。
　　然后通过一系列烧结实验，确定了适合PS/CF复合材料的工艺参数范围，总结并分析了扫描速度和层厚两个主要工艺参数对PS/CF制件强度与精度的影响规律及成因，计算了复合材料的烧结件密度。选取主要工艺参数(扫描速度、预热温度、层厚)进行三因素三水平正交实验，采用极差分析法，以制件的强度为评价指标，得到使强度较高的工艺参数组合以及各工艺参数对制件强度的影响程度，有效地提高了PS制件的强度。利用扫描电镜观察了制件的内部形貌，分析进一步提高强度的突破点。
　　最后从增加复合材料界面结合力出发，对CF材料做气相沉积处理，制备气相沉积处理后的PS/CF复合材料，再进行烧结实验，验证其增强效果。改变气相沉积CF与PS的配比，分析增强剂含量对制件强度的影响，最终得到强度较高时的材料配比为10wt.%气相沉积PS/CF，弯曲强度达9.94MPa，比纯PS制件提高约72.3%。

目录

声明

1绪论

1.1选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容及章节安排

2聚苯乙烯/碳纤维材料制备与成型机理研究

2.1聚苯乙烯/碳纤维材料制备

2.2聚苯乙烯/碳纤维复合材料成型机理研究

2.3本章小结

3聚苯乙烯/碳纤维材料SLS工艺参数研究与优化

3.1影响SLS制件质量的工艺参数

3.2扫描速度对烧结件质量的影响

3.3层厚对烧结件质量的影响

3.4工艺参数优化

3.5烧结件微观组织

3.6本章小结

4方案改进与复合材料的配比实验

4.1气相沉积碳纤维对聚苯乙烯的增强效果

4.2气相沉积碳纤维含量对增强效果的影响

4.3本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间研究成果