date:2018-09-17 08:41:58
3d打印,又称增材制造,是目前新兴的一种材料快速成型技术。熔融沉积成型(fdm)是3d打印技术中比较重要的一种技术,其可将高分子材料丝材选择性地涂敷在工作台上,快速冷却后形成一层截面,一层成型完成后,机器工作台下降一个高度再涂覆下一层,直至形成整个三维造型。
丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(abs)是fdm第二大应用量的耗材,它具有较高的强韧结合性,在模型设计领域得到广泛的应用。但其具有较高的收缩率及内应力,会在打印过程中导致打印制品发生翘曲变形甚至开裂,并且abs的耐热性不高,又限制了其在较高温度环境下使用。
为改善abs的3d打印性能,采用三大助手[硅烷偶联剂改性空心玻璃微珠(hgb)、聚碳酸酯(pc)、相容剂马来酸酐接枝abs]助力abs,以hgb为主要填料,辅助以pc和abs-g-mah,对abs进行了改性。
三大助手助力abs的常规性能:
第一助手:hgb
hgb具有中空、质轻、耐高温等优点,它可作为无机填料用于塑料改性,能够显著降低塑料成本,还可改善塑料的加工流动性能,提高强度和刚性,降低收缩率。以硅烷偶联剂改性的hgb为主要填料,用其降低abs的密度并提高流动性能,同时改善abs的其它性能。
(1)密度和熔体流动速率(mfr)
(2)拉伸强度与弯曲弹性模量
(3)收缩率及热变形温度
可以看出,硅烷偶联剂改性的hgb可以降低abs的密度和收缩率并使mfr和热变形温度提高,当hgb质量分数为8%时,abs的拉伸强度及弯曲弹性模量均达到最大。
第二助手:pc
pc含有刚性分子链,具有较高的刚性和更高的热变形温度,为此,在硅烷偶联剂改性hgb质量分数为8%的基础上,添加pc对abs进行进一步改性,主要考察pc对abs/hgb复合材料力学性能、热变形温度及模塑收缩率的影响。
(1)拉伸强度与弯曲弹性模量
(2)收缩率及热变形温度
可以看出,随着pc质量分数由0%增加到20%,复合材料的弯曲弹性模量、拉伸强度和热变形温度提升显著,但收缩率也有较大增加,因此在保证制品性能的基础上,不能大幅度增加pc的含量,可将pc质量分数定为5%,此时复合材料的弯曲弹性模量和拉伸强度分别达到1780,47.1mpa,热变形温度达到90℃,模塑收缩率处在可接受的水平,为0.8%。
第三助手:abs-g-mah
abs-g-mah中含有活性较强的酸酐基团,能在高温及剪切作用下与pc发生接枝共聚反应,并且abs-g-mah能够与hgb中的羟基形成键合作用,这样可使各组分能更好地相容,也使得复合材料内部网络结构更加完善。在添加质量分数8%硅烷偶联剂改性hgb及5%pc的基础上,向abs中添加abs-g-mah,考察其对abs/pc/hgb复合材料力学性能、热变形温度和模塑收缩率的影响。
(1)拉伸强度与弯曲弹性模量
(2)收缩率及热变形温度
可以看出,随着相容剂abs-g-mah含量的增加,复合材料的拉伸强度和弯曲弹性模量总体上有所提升,热变形温度有较大提高,而收缩率下降程度较显著。当相容剂abs-g-mah质量分数达到5%后,复合材料的综合性能变化不再明显,因而确定abs-g-mah适宜的质量分数为5%。
三大助手助力abs的3d打印情况:
(1)性能
可以看出,三大助手助力后abs打印试样的拉伸强度、弯曲弹性模量及热变形温度均有较大提高,较未助力前的打印试样分别提高了20.9%,18%,4.8%,收缩率由1%下降至0.6%,更利于fdm打印工艺。
(2)制品
图中左边较大的佛像为三大助手助力后abs线材打印的佛像,其长度为205mm,宽度为190mm,高度为267mm,尺寸符合精度要求,表面无开裂。
图中右边较小的佛像为助力前abs线材打印的佛像,其长度为97mm,宽度为90mm,高度为121mm,其表面有开裂现象,并且如果放大尺寸,则在打印过程中底部严重翘曲,无法成型。
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