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纤维束尺寸与增材制造连续碳纤维增强热塑性复合材料力学性能的关系

The Relationship Between Fiber Bundle Size and Mechanical Performance of Additively Manufactured Continuous Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Composites

Bahri Barış Vatandaş, Altuğ Uşun, Recep Gümrük, Cemaleddin Şimşek · Mechanical Engineering Department, Karadeniz Technical University, Trabzon, Turkey.
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期刊 / 来源3D Printing and Additive Manufacturing
卷/期/页10 / 6 / 1190-1203
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关键词:碳纤维增强热塑性复合材料增材制造纤维束尺寸层间剪切强度熔融沉积成型力学性能

摘要整理

增材制造连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)的力学性能与传统复合材料相比仍处于早期发展阶段,竞争力有限。主要原因是层间强度弱、孔隙率高和纤维含量低限制了其力学性能。为改善力学性能,已广泛研究了层厚、温度、打印速度和纤维含量等多个参数的影响。本研究从不同角度出发,重点调查纤维束尺寸对CFRTP复合材料力学性能的影响。采用聚合物浸渍装置制备了纤维体积分数相同(约41%)的3K和6K纤维束长丝,以聚乳酸(PLA)为基体,利用熔融沉积成型(FDM)工艺打印CFRTP试样。通过三点弯曲、层间剪切强度(ILSS)和拉伸试验评估力学性能。结果表明,纤维束尺寸对拉伸强度影响不大,但对弯曲性能和ILSS性能有显著影响。虽然弯曲强度和模量均有提高,但束尺寸效应在ILSS试验中更为显著,相同纤维含量下6K束尺寸试样表现出更高的强度。

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