连续纤维增强热塑性复合材料的3D打印：机理与性能

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连续纤维增强热塑性复合材料（CFRTPCs）在工业应用中日益重要，但其发展受限于模具成本高昂、复杂结构件制造受限以及特殊纤维排布的实现难度。本文旨在提出一种新型CFRTPCs三维（3D）打印工艺，以实现复杂复合材料部件的低成本快速制造。为此，研究了所提出工艺的机理，该工艺包括热塑性聚合物熔融、连续纤维热浸渍和浸渍复合材料挤出。开发了一种带有新型复合材料挤出头的CFRTPCs 3D打印设备，并制备了若干复合材料样品进行力学测试。此外，通过扫描电子显微镜图像阐明了界面性能。研究结果表明，10 Wt.%连续碳纤维（CCF）/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）试样的弯曲强度和拉伸强度分别提高到127 MPa和147 MPa，远高于纯ABS部件，且与相同纤维含量的CCF/ABS（注塑成型）部件的性能接近。然而，测试结果也揭示了极低的层间剪切强度（仅为2.81 MPa）以及较差的界面性能。这些结果归因于3D打印复合材料部件中存在的弱中/微/纳米尺度界面。CFRTPCs的3D打印工艺及其对纤维取向和分布的可控能力，在工业领域承载型复合材料部件的制造中具有巨大潜力。

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