發(fā)布日期:2018-09-17 08:41:58
3D打印,又稱增材制造,是目前新興的一種材料快速成型技術(shù)。熔融沉積成型(FDM)是3D打印技術(shù)中比較重要的一種技術(shù),其可將高分子材料絲材選擇性地涂敷在工作臺(tái)上,快速冷卻后形成一層截面,一層成型完成后,機(jī)器工作臺(tái)下降一個(gè)高度再涂覆下一層,直至形成整個(gè)三維造型。
丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)是FDM第二大應(yīng)用量的耗材,它具有較高的強(qiáng)韌結(jié)合性,在模型設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但其具有較高的收縮率及內(nèi)應(yīng)力,會(huì)在打印過(guò)程中導(dǎo)致打印制品發(fā)生翹曲變形甚至開裂,并且ABS的耐熱性不高,又限制了其在較高溫度環(huán)境下使用。
為改善ABS的3D打印性能,采用三大助手[硅烷偶聯(lián)劑改性空心玻璃微珠(HGB)、聚碳酸酯(PC)、相容劑馬來(lái)酸酐接枝ABS]助力ABS,以HGB為主要填料,輔助以PC和ABS-g-MAH,對(duì)ABS進(jìn)行了改性。
三大助手助力ABS的常規(guī)性能:
第一助手:HGB
HGB具有中空、質(zhì)輕、耐高溫等優(yōu)點(diǎn),它可作為無(wú)機(jī)填料用于塑料改性,能夠顯著降低塑料成本,還可改善塑料的加工流動(dòng)性能,提高強(qiáng)度和剛性,降低收縮率。以硅烷偶聯(lián)劑改性的HGB為主要填料,用其降低ABS的密度并提高流動(dòng)性能,同時(shí)改善ABS的其它性能。
(1)密度和熔體流動(dòng)速率(MFR)
(2)拉伸強(qiáng)度與彎曲彈性模量
(3)收縮率及熱變形溫度
可以看出,硅烷偶聯(lián)劑改性的HGB可以降低ABS的密度和收縮率并使MFR和熱變形溫度提高,當(dāng)HGB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時(shí),ABS的拉伸強(qiáng)度及彎曲彈性模量均達(dá)到最大。
第二助手:PC
PC含有剛性分子鏈,具有較高的剛性和更高的熱變形溫度,為此,在硅烷偶聯(lián)劑改性HGB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的基礎(chǔ)上,添加PC對(duì)ABS進(jìn)行進(jìn)一步改性,主要考察PC對(duì)ABS/HGB復(fù)合材料力學(xué)性能、熱變形溫度及模塑收縮率的影響。
(1)拉伸強(qiáng)度與彎曲彈性模量
(2)收縮率及熱變形溫度
可以看出,隨著PC質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0%增加到20%,復(fù)合材料的彎曲彈性模量、拉伸強(qiáng)度和熱變形溫度提升顯著,但收縮率也有較大增加,因此在保證制品性能的基礎(chǔ)上,不能大幅度增加PC的含量,可將PC質(zhì)量分?jǐn)?shù)定為5%,此時(shí)復(fù)合材料的彎曲彈性模量和拉伸強(qiáng)度分別達(dá)到1780,47.1MPa,熱變形溫度達(dá)到90℃,模塑收縮率處在可接受的水平,為0.8%。
第三助手:ABS-g-MAH
ABS-g-MAH中含有活性較強(qiáng)的酸酐基團(tuán),能在高溫及剪切作用下與PC發(fā)生接枝共聚反應(yīng),并且ABS-g-MAH能夠與HGB中的羥基形成鍵合作用,這樣可使各組分能更好地相容,也使得復(fù)合材料內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加完善。在添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%硅烷偶聯(lián)劑改性HGB及5%PC的基礎(chǔ)上,向ABS中添加ABS-g-MAH,考察其對(duì)ABS/PC/HGB復(fù)合材料力學(xué)性能、熱變形溫度和模塑收縮率的影響。
(1)拉伸強(qiáng)度與彎曲彈性模量
(2)收縮率及熱變形溫度
可以看出,隨著相容劑ABS-g-MAH含量的增加,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲彈性模量總體上有所提升,熱變形溫度有較大提高,而收縮率下降程度較顯著。當(dāng)相容劑ABS-g-MAH質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5%后,復(fù)合材料的綜合性能變化不再明顯,因而確定ABS-g-MAH適宜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。
三大助手助力ABS的3D打印情況:
(1)性能
可以看出,三大助手助力后ABS打印試樣的拉伸強(qiáng)度、彎曲彈性模量及熱變形溫度均有較大提高,較未助力前的打印試樣分別提高了20.9%,18%,4.8%,收縮率由1%下降至0.6%,更利于FDM打印工藝。
(2)制品
圖中左邊較大的佛像為三大助手助力后ABS線材打印的佛像,其長(zhǎng)度為205mm,寬度為190mm,高度為267mm,尺寸符合精度要求,表面無(wú)開裂。
圖中右邊較小的佛像為助力前ABS線材打印的佛像,其長(zhǎng)度為97mm,寬度為90mm,高度為121mm,其表面有開裂現(xiàn)象,并且如果放大尺寸,則在打印過(guò)程中底部嚴(yán)重翹曲,無(wú)法成型。
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