聚乳酸/氮化硼、单壁碳纳米管和氧化石墨烯复合材料的多尺度建模与3D打印

摘要整理

本研究探讨了氮化硼（BN）、单壁碳纳米管（SWCNT）和氧化石墨烯（GO）增强聚乳酸（PLA）3D打印复合材料的力学性能和微观结构。采用熔融沉积成型（FDM）工艺制备了含有不同质量分数（0.2%、0.4%和0.6%）纳米材料的PLA复合材料。拉伸强度测试表明，0.6% BN和GO增强的PLA复合材料的力学性能弱于0.6% SWCNT增强的复合材料。采用代表体积单元（RVE）方法分析了PLA/BN、PLA/SWCNT和PLA/GO纳米复合材料的微观结构。基于RVE结果的数值模拟准确预测了材料特性，与实验结果具有良好的一致性。进一步对3D打印样品的力学和物理性能进行了模拟研究。研究结果表明，0.6 wt% SWCNT增强的PLA相比其他纳米复合材料表现出优异的力学性能。具体地，PLA/SWCNT的弹性模量从4498.27 MPa（C1）增加到5685.48 MPa（C3），最大von Mises应力从859.4 MPa（C1）增加到1087 MPa（C3）。这些研究结果有助于理解纳米材料增强对3D打印PLA复合材料性能的影响。

相关论文