3D打印纤维增强复合材料性能最大化

摘要整理

纤维增强3D打印技术相比纯聚合物3D打印复合材料在力学性能上有显著提升。然而，3D打印纤维增强复合材料结构存在纤维含量低的问题，相比传统复合材料（如真空辅助树脂传递模塑VARTM工艺制备的三维正交编织预制体）难以满足航空航天、汽车、船舶和建筑等高性能应用需求。本研究制备了3D打印玻纤增强尼龙复合材料，在现有3D打印技术条件下实现最大纤维含量，并采用多种纤维铺层方向（0/0、0/90、±45和0/45/90/−45）进行对比研究。通过微观结构表征和拉伸强度、冲击强度（落锤冲击、Izod冲击和Charpy冲击）等性能测试，结果表明纤维铺层方向和最大纤维含量对3D打印复合材料性能改善有显著影响，尽管材料内部存在孔隙等结构缺陷导致过早失效。与VARTM三维正交编织复合材料对标测试表明：3D打印复合材料由于基体浸润不足和相邻纤维层/栅线间存在孔隙，以及缺乏厚度方向增强导致分层，拉伸强度略低；但由于结构孔隙的有利作用和逐层堆积形成的层状结构，冲击强度显著更优（提高224%）。

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