3D打印连续苎麻纤维增强聚乳酸复合材料的准静态侵彻性能

摘要

传统成型工艺制造的合成纤维增强复合材料逐渐无法满足低成本、快速制造、环境友好等要求。因此,选取连续苎麻纤维增强聚乳酸(PLA)基生物质复合材料,采用原位浸渍3D打印工艺成型不同铺层方式的样件。利用准静态侵彻测试评估了铺层方式、支撑跨距与冲头直径比(跨距比)及增强材料对侵彻性能的影响,并通过背光法实时监测侵彻过程中复合材料的损伤行为。结果表明,连续苎麻纤维的加入使样件的侵彻强度提升了51.5%(单向)和52.9%(正交);正交铺层的复合材料样件与单向铺层相比,吸收的能量和最大侵彻力分别提升了24.9%、13.1%;打印样件的侵彻力和能量吸收能力随着跨距比的降低而显著增加,跨距比为10时的正交铺层复合材料与跨距比为5时相比,强度提升了202.4%。最后通过样件的多尺度失效特征分析及侵彻机理研究,揭示了3D打印生物质复合材料的铺层结构-侵彻性能的关系。