玄武岩纤维增强热塑性复合材料熔融沉积成型3D打印制造参数对力学性能的影响

摘要整理

本研究开发了可持续、可回收的玄武岩纤维（BF）增强低温聚酰胺（L-PA）热塑性复合材料长丝，用于熔融沉积成型（FDM）3D打印，并通过优化制造参数实现生态友好、高力学性能和轻量化的FDM制造复合材料零件。采用挤出工艺制备了纤维含量为15 wt%的复合材料长丝。通过Taguchi L9正交实验，研究了打印温度、打印速度和层厚三个制造参数对拉伸和压缩性能的影响。利用差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）和熔体流动指数测量表征了复合材料长丝的热学行为，以确定合适的打印温度范围。采用扫描电镜（SEM）观察和分析了FDM打印试样表面形貌和拉伸断裂界面。结果表明，打印温度对BF/L-PA复合材料力学性能的影响最大，其次是层厚，打印速度的影响最小。这表明在较高打印温度和较低层厚条件下可获得更好的力学性能。与纯L-PA相比，添加BF后的复合材料在保持韧性的同时，拉伸模量、拉伸强度和单位体积比能量吸收分别提高了176.6%、142.0%和172.2%。SEM分析表明，这些性能改善的主要原因是纤维在L-PA基体中的增强填充作用，以及单层内相邻填充层之间和相邻层之间的良好粘结性能。

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