用于熔融沉积成型的PA12与碳纳米管复合材料研究

来源 :武汉工程大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xuanchen21
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熔融沉积成型(FDM)因安全环保、材料来源广泛、高集成性、制品形状无限制性和低成本等优点而成为3D打印中的重要分支,受到广泛关注。成型材料是制约3D打印技术发展与应用的瓶颈,尼龙12(PA12)是一种重要的3D打印材料,但其主要应用于选择性激光烧结(SLS),将PA12用于FDM的研究并不成熟,因此本研究以从SLS中回收的PA12粉末为基材,以多壁碳纳米管(MWCNT)为增强剂和功能化剂旨在开发适用于FDM的高性能PA12复合打印材料并探讨其在打印吸波结构方面的应用。为提高MWCNT的分散性,选用硅烷偶联剂KH560与表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为改性剂采用不同的共混方法将MWCNT、羧基化MWCNT分别与PA12粉末复合。结果表明,采用溶剂分散法可以更好的提升其分散性,整体性能优于熔融法;SDBS的改性效果比KH560稍好;在PA12中添加MWCNT可以显著提升拉伸强度、弯曲模量、冲击强度等力学性能,同时使其导电性能、耐热性大幅度提升,在MWCNT质量分数为7%时综合性能最佳,较纯PA12其拉伸强度、弯曲模量、冲击强度、维卡软化温度分别提高21.09%、32.25%、139.78%和22.2℃,同时导电率提升了11个数量级,更是在添加量达到10%时提升了13个数量级;复合材料的熔体流动性随MWCNT含量的增加而下降,但只要MWCNT含量在12%以下,复合材料就可以顺利拉丝及打印,在喷嘴温度240℃、打印速度30mm/s的打印条件下,打印试样的拉伸强度、弯曲模量、冲击强度分别达到注塑试样的94.45%,92.94%,和85.51%,同时导电性略好于注塑试样。对于羧基化MWCNT增强的复合材料,2wt.%的羧基化MWCNT与PA12复合是最佳的选择,其拉伸强度,弯曲模量和冲击强度分别较纯尼龙提升了42.98%,36.62%和159.11%,测试得到的最佳打印条件也是喷嘴温度240℃和打印速度30mm/s。最后根据MWCNT/PA12复合材料的电磁特性,进行了吸波模拟及实验验证,在平板模型中,MWCNT/PA12复合材料的吸波性能随着MWCNT含量的增加而逐渐增强,当MWCNT比例达到10wt.%时,材料在15.88GHz处取得最小反射损耗-23.06d B,最大有效吸波频宽为5.31GHz,而在该比例下3D打印的角锥吸波结构,其吸波性能优于模拟数值,其有效吸波频段覆盖2~18GHz全频段,并且在8.24GHz处取得最小反射损耗-47.22d B,展现出了巨大的应用潜力。
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