【摘 要】
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碳纤维增强聚乳酸（PLA/CF）复合材料是一种新型高强度的可降解材料,结合了聚乳酸（PLA）和碳纤维（CF）的优良性能。以PLA作为基体材料,CF作为增强材料,通过改变加工工艺或者通过CF表面改性来不断提高各项性能来满足应用需求。3D打印技术经过多年发展,已成为制备复合材料的常用工艺。各种3D打印技术中气压挤出式3D打印由于工艺简便、材料可控及成本低廉等优点,在塑料产品制备、生物3D打印等领域中有
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碳纤维增强聚乳酸（PLA/CF）复合材料是一种新型高强度的可降解材料,结合了聚乳酸（PLA）和碳纤维（CF）的优良性能。以PLA作为基体材料,CF作为增强材料,通过改变加工工艺或者通过CF表面改性来不断提高各项性能来满足应用需求。3D打印技术经过多年发展,已成为制备复合材料的常用工艺。各种3D打印技术中气压挤出式3D打印由于工艺简便、材料可控及成本低廉等优点,在塑料产品制备、生物3D打印等领域中有大量的应用,但由于成型时受挤出力的限制而界面结合较差,导致制备的产品力学性能相对较差,因此开展气压挤出式3D打印在复合材料领域的研究从而提高力学性能具有重要的意义。基于复合材料界面理论和力学性能分析,本文全面系统地开展了对PLA/CF复合材料气压挤出3D打印工艺及力学性能的研究,具体研究内容如下:1、研究了PLA/CF复合材料的流变特性,对复合材料仿真模型进行理论分析。设计了一款适合气压挤出3D打印系统的喷头,通过激光加工保证了喷头喷嘴直径尺寸精度,并确定了材料配比、基本打印参数和工艺研究参数。2、研究了3D打印工艺参数对复合材料力学试件的影响。采用气压挤出3D打印系统制备复合材料力学试件,并对其进行力学性能测试。试验采用控制变量法比较了碳纤维、喷嘴直径、层厚的复合材料力学性能差异;还进行了不同打印路径、载荷方向对试件力学强度的影响,并利用扫描电镜对拉伸试件断口截面形貌进行表征。通过对打印试件力学性能的综合研究,确定符合材料制备的最优打印工艺。3、研究分析了CF表面处理方法对PLA/CF复合材料的力学性能和界面黏结情况的影响。采用表面氧化处理技术和表面涂层改性技术对CF粉末改性处理,先对改性CF粉末进行比表面积和表面形貌表征,并基于最优打印参数制备了力学试件,再测试了改性PLA/CF复合材料力学性能,最后利用扫描电镜探究了复合材料界面黏结形貌的变化,从而得出了适合气压挤出3D打印复合材料中CF增强材料的表面处理方法。
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