可3D打印的碳纖維-生物降解型增韌劑-聚乳酸復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、聚乳酸是一類熱塑性脂肪族聚酯，具有優(yōu)良的生物相容性，從合成、使用到廢棄的過程均對環(huán)境沒有任何污染，符合可持續(xù)發(fā)展理念。但是，純聚乳酸力學(xué)強(qiáng)度不高，抗沖擊韌性差，抗熱變形能力和熱穩(wěn)定性較低，迫切需要對其進(jìn)行改性研究，以擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。本文通過物理共混的方法，以聚乳酸為基體材料，微米長度碳纖維為增強(qiáng)材料，生物降解型增韌劑為增韌材料，制備出性能優(yōu)良可3D打印的碳纖維/生物降解型增韌劑/聚乳酸復(fù)合材料。
　　先通過熱壓成型制備碳纖維/聚乳酸

2、復(fù)合材料，研究碳纖維含量及長度對其性能的影響，結(jié)果表明，相比于純聚乳酸，當(dāng)碳纖維含量為20wt％，長度為300μm時，綜合性能最為優(yōu)異，其拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度分別提高了30％、36％和11.1％，TGA分析表明熱穩(wěn)定性提高，DSC分析表明碳纖維具有異相成核作用，結(jié)晶度提高。再通過熱壓成型制備碳纖維/生物降解型增韌劑/聚乳酸復(fù)合材料，研究增韌劑種類及含量對其性能的影響，結(jié)果表明，相比于PBAT和PHA，PBS的改性效果較好。

3、相比于20CF/80PLA復(fù)合材料，當(dāng)PBS含量為4wt％時，實現(xiàn)了強(qiáng)度、韌性和耐熱三者之間的平衡，其斷裂伸長率、缺口沖擊強(qiáng)度和熱導(dǎo)率分別提高了31.8％、11.8％和18.5％，而拉伸強(qiáng)度和熱變形溫度僅下降了7.7％和0.5％，SEM分析表明材料斷面出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象，DSC分析表明PBS具有異相成核作用，結(jié)晶度提高。
　　在上文基礎(chǔ)上，通過3D打印成型制備純聚乳酸和碳纖維/生物降解型增韌劑/聚乳酸復(fù)合材料，研究成型工藝對其性能的影響

4、，結(jié)果表明，3D打印成型樣品各項性能均低于熱壓成型樣品。其中，對于碳纖維/生物降解型增韌劑/聚乳酸復(fù)合材料而言，3D打印成型樣品拉伸強(qiáng)度、缺口沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度分別是熱壓成型樣品的79.2％、81.6和95.8％，可見保持率良好，SEM分析表明3D成型樣品斷面存在分層現(xiàn)象。接著對碳纖維表面改性，SEM分析表明碳纖維表面粗糙度增加，XPS分析表明碳纖維表面O/C值提高，含氧官能團(tuán)變多，Raman分析表明碳纖維表面石墨化結(jié)構(gòu)基本不變。最后