纤维增强PLA的3D打印材料制备及力学性能分析

摘要

3D打印技术是一种涵盖了计算机科学、材料科学、机械制造等多门学科领域知识的新兴技术，其采用一些特殊材料，通过选择性粘贴逐层叠加打印形成实物，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。3D打印主流技术包括FDM、SLA、LOM、DLP、3DP等。3D打印材料主要有工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属和陶瓷材料等;除此之外，彩色石膏、人造骨粉、以及砂糖等食品材料也有应用。　　本文中采用的3D打印技术为FDM，其优势在于不用激光，对设备的要求不高，使用和维护比较简单，成本较低。有多种材料可用于3D打印。其中，最主要的两类塑料就是ABS和PLA。ABS的各项性能都很优异，但其在打印时会存在精度障碍，打印过程中有异味散出，且不可降解。PLA是一种绿色环保的可生物降解型塑料，无毒，制备过程无污染，但韧性和延展性较差。　　针对目前3D打印材料存在的机械强度低，结构性能差等缺点，采用纳米纤维素作为3D打印基体的增强相，确定FDM成型丝材配方方案。　　利用TEMPO/NaClO/NaBr氧化体系制备纳米纤维素，将制备的纳米纤维素与PLA进行共混制备出增强PLA丝材，通过双螺杆挤出机制备FDM所需要的丝材，再将丝材在FDM打印机上打印出力学性能测定的特定形状，测定其力学性能。设置一组以玻璃纤维与PLA共混制备增强PLA丝材作为对照组，将数据进行比较。　　结果表明:对应用于FDM打印技术的PLA中加纳米纤维素和玻璃纤维进行共混制备出增强PLA丝材，加纳米纤维素的增强PLA丝材的抗冲击强度比纯PLA丝材高出34％-60％，拉伸强度高出43％-52％，加入玻璃纤维的增强PLA丝材的抗冲击强度比纯PLA丝材提升13％-35％，拉伸强度提升54-61％。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究动态及发展趋势

1．2．1 3D打印技术

1．2．2 3D打印材料

1．2．3 纳米纤维素

1．2．4 纤维增强材料

1．3 研究目标与内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 论文框架

1．5 本章小结

2．纳米纤维素的制备及表征

2．1 引言

2．2 纤维素纳米纤维的制备

2．2．1 实验仪器设备与材料

2．2．2 制备工艺

2．2．3 实验方案

2．3 表征仪器与方法

2．3．1 表征仪器

2．3．2 表征方法

2．4 表征结果分析

2．4．1 扫描电镜分析(SEM)

2．4．2 X射线衍射分析(XRD)

2．4．3 傅里叶红外光谱(FTIR)

2．5 表征结论

2．6 本章小结

3．3D打印材料制备

3．1 引言

3．2 3D打印材料的制备

3．2．1 实验仪器设备与材料

3．2．2 材料的制备工艺

3．2．3 实验方案

3．3 本章小结

4．实验与分析

4．1 引言

4．2 实验主要仪器和材料

4．3 实验过程

4．4 性能测试与分析

4．4．1 力学性能测试

4．4．2 热重分析(TG)

4．4．3 傅里叶红外光谱(FTIR)

4．5 本章小结

5．结果与讨论

参考文献

作者简介及在学期间获得的科研成果

致谢