适用于FDM的聚碳酸酯材料研究

摘要

随着世界范围内掀起振兴制造业的浪潮，传统的减材制造已逐渐不能满足现代制造业智能、快速、高精度的要求。增材制造技术作为一种前沿性的先进制造技术，在这种背景下获得迅速发展。材料的开发是3D打印技术的基础和关键所在，不断研发适用于3D打印技术的新型材料及改善现有材料的性能，才能拓展3D打印技术的应用领域，满足更高的应用需求。FDM技术是目前3D打印中普及程度最高的技术，无论在家庭还是办公环境下，都可以方便使用。但是FDM主要应用的是熔点较低的热塑性塑料，如聚乳酸、ABS等，还不能大量应用于工程领域中。聚碳酸酯、尼龙、聚醚醚酮等工程塑料目前还不能用于大多数FDM型3D打印机，只有少量可以应用在特殊的高温打印机上。因此，如何对聚碳酸酯等工程塑料进行改性研究，使其适用在通用的FDM型3D打印机上，将会有效推动FDM技术的进一步发展。
　　本文使用双螺杆挤出机对聚碳酸酯及其聚碳酸酯/ABS和聚碳酸酯/聚苯乙烯合金材料进行熔体流动改性及增韧改性实验，制备出了通用于FDM的聚碳酸酯材料，打印制品的拉伸强度约50MPa，简支梁缺口冲击强度20kJ/m2，热变形温度76℃。通过熔融指数测试、DSC测试、力学性能等的测试分析，研究了聚碳酸酯及其合金熔体流动改性的效果及对3D打印过程的影响；通过力学性能、热变形温度、线膨胀系数的测试及扫描电镜对冲击断面的观察分析，分析了不同增韧剂在基体中的分布及其对基体的增韧效果，提出可能的增韧机理。最终综合得出适用于FDM型3D打印技术的聚碳酸酯及其合金材料的组成体系，及制备工艺和使用参数。
　　研究表明，聚己内酯对聚碳酸酯有良好的流动性改进。100份聚碳酸酯中加入20份聚己内酯，流动性提升3倍以上，3D打印时丝与丝、层与层之间的粘结力提升，拉伸强度只有少量下降，聚碳酸酯打印时的翘曲问题也得以改善，但是流动改性后的聚碳酸酯的缺口冲击强度严重下降。线形的SBS与聚碳酸酯的相容性差，在聚碳酸酯基体中分散不良，对聚碳酸酯的增韧效果不突出；核壳型的MBS显著增加韧性的同时，拉伸强度并没有过分降低。
　　制备聚碳酸酯合金材料时，先要选择合适的相容剂。LOTADERAX8900(乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元无规共聚物)、马来酸酐接枝 ABS、苯乙烯-马来酸酐共聚物三种相容剂中，加入10份相容剂LOTADER? AX8900能够使合金良好相容、成型稳定。对聚碳酸酯合金继续进行流动性改性以及增韧改性，聚碳酸酯/ABS合金在加入15份及以上聚己内酯改性后也可以用于FDM型3D打印，但继续增韧的性能提升效果不明显，加入3~6份MBS后，也能够适用于FDM打印中。聚碳酸酯/聚苯乙烯合金经流动改性后的流动性极好，继续增韧也对力学性能有一定提升，但并不显著，其性能及3D打印的效果低于改性聚碳酸酯及聚碳酸酯/ABS合金。

目录

声明

第1章 前言

1.1 引言

1.2 增材制造技术

1.3 FDM技术及所用材料

1.4 PC材料及其改性研究进展

1.5 本文的研究内容、意义及创新

第2章 适用于FDM的PC材料的研究

2.1 引言

2.2 实验原料与仪器设备

2.3 适用于FDM的PC材料的制备

2.4 测试方法与表征

2.5 改性PC材料的测试结果分析

2.6 小结

第3章 适用于FDM的改性PC合金材料的研究

3.1 引言

3.2 实验原料与仪器设备

3.3 适用于FDM的PC合金材料制备

3.4 测试方法与表征

3.5 改性PC合金的测试结果分析

3.6 小结

第4章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

主要符号对照表

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果