连续纤维增强芳纶/PETG 3D打印复合材料的高纤维含量制备——基于熔融沉积成型工艺

摘要整理

增材制造（3D打印）技术的发展使连续纤维增强体能够被引入3D打印高分子零件中。虽然纤维增强能改善力学性能，但与传统复合材料相比，纤维体积分数通常较低。本研究采用改进的低成本桌面型3D打印机，通过喷嘴内浸渍工艺将连续芳纶纤维与改性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PETG）进行复合。研究了层厚和线宽等打印工艺参数对纤维体积分数和纤维分散性的影响。通过参数优化，制备了单向铺层试样，其内部结构从阵列状演变为连续层状结构，纤维含量在20~45 vol%范围内。采用光学显微镜和微焦点CT（µCT）分析了打印复合材料的内部结构。打印复合材料表现出良好的纤维取向性，纤维方向拉伸模量从2.2 GPa（无增强）提升至33 GPa（45 vol%），弯曲模量从1.6 GPa（无增强）提升至27 GPa（45 vol%）。连续纤维增强3D打印试样的质量和性能与手工铺层工艺制备的传统复合材料相当，远超普通本体3D打印高分子的性能。该技术在低成本制造小型复杂零件或小批量生产具有优异力学性能零件方面具有应用潜力。

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