聚乳酸-石墨烯復合線材制備及熔融沉積打印實驗研究.pdf

1、熔融沉積成型(FDM)是目前應用最為廣泛的3D打印技術，它要求成型線材具有熔融溫度低、黏度低、粘結性好、收縮率小等特點，聚乳酸（PLA）線材具有良好的生物降解性、兼容性與可加工性，是極具應用前景的品種之一，然而，其力學性能較差、導電性能極弱影響了其工程應用范圍。石墨烯具有優(yōu)異的電、熱、磁和力等性能，有望作為聚乳酸線材改性的理想填料。為促進FDM技術的應用和發(fā)展，本課題研究PLA/石墨烯復合線材制備技術，并進行FDM打印實驗研究。

2、　　采用機械球磨法制備了PLA/石墨烯復合微粒，并對其包覆機理及其包覆量變化規(guī)律進行了研究，在利用熱壓成型法制備聚乳酸/石墨烯復合試樣的基礎上，分析不同的復合微粒成型工藝性及電學、力學性能。結果表明：石墨烯包覆過程分為三個階段：少量石墨烯時以機械咬合的方式填充載粒子表面的凹陷，適量石墨烯時靜電吸附于載粒子表面逐漸達到包覆量上限，過量石墨烯時填充載粒子間隙甚至溢出；石墨烯的加入使得復合材料的抗彎強度和導電性能顯著提高，且采用較小粒徑的聚乳

3、酸作為載粒子時，抗彎強度和導電性提升更加明顯，其抗彎強度最高為57.87MPa，比未添加石墨烯提高了114.61％，石墨烯含量為9%時的電導率可達到0.202S/cm，當石墨烯添加量超過9%時，在160℃，6MPa壓力條件下，復合材料的表面出現(xiàn)裂紋、破碎等嚴重缺陷，其成型性較差；利用KH-550偶聯(lián)劑事先對PLA改性，可以提升復合材料的力學性能和導電性能，其中，KH-550與石墨烯添加量分別為1%、5%時，電導率和抗彎強度分別分別可達到

4、0.045S/cm、54.282MPa，比未添加偶聯(lián)劑時的性能分別提高了34.5%、21.9%。
　　研制了PLA/石墨烯復合線材擠出成型機，并對?1.75mm的PLA/石墨烯復合線材成型工藝進行了實驗研究，探索了不同的石墨烯含量對復合線材的電導率、拉伸強度和斷裂伸長率影響。結果表明：為了保證線材成型質量，避免內部產(chǎn)生氣孔，需要對復合微粒進行60℃下4h烘干處理，為了防止復合線材扭曲變形，應適當提高冷卻水溫至40℃；為了控制線徑大

5、小，應控制牽引機構輥輪轉速在一定范圍內，當石墨烯質量分數(shù)為4%、5%、6%時，輥輪最佳轉速分別為12r/min、14或16r/min、16r/min；PLA/石墨烯復合線材的電導率隨著石墨烯含量的增加而增大，而拉伸強度和斷裂伸長率隨之減小，當石墨烯含量高于3%時，石墨烯復合線材的電導率可達到10-3S/cm，而當石墨烯含量為6%時，其拉伸強度和斷裂伸長率僅為36.7MPa和4.6%，低于合格線材的要求，故PLA/石墨烯復合線材中合適的石

6、墨烯添加量應為4~5%。
　　利用FDM成型機進行了3D打印工藝實驗研究，對比研究了不同的打印溫度、打印速度、打印填充度、打印填充結構對試樣的電學性能和力學性能影響。結果表明：打印溫度的升高會對試樣的電導率和抗彎強度有一定程度的提升；打印速度的增加將導致試樣的電導率減小，抗彎強度增大；打印填充度增加時試樣的電導率基本保持不變，而抗彎強度逐漸增大；打印填充結構的改變不影響試樣的電導率，但抗彎強度依直線、同心、蜂窩結構的順序逐漸增大；