采用膨胀石墨、碳纤维或这二者增强的混合PETG用于3D打印

作者:本刊编译 文章来源:PT塑料网 发布时间:2020-06-24
通过采用膨胀石墨、碳纤维以及这二者的组合对原生PETG和回收PETG长丝进行增强,该团队提高了纯PETG基体材料的力学性能和热性能。

斯洛伐克科学院和斯洛伐克理工大学的研究人员们开发了一套用于FFF 3D打印的新型低成本混合材料。通过采用膨胀石墨、碳纤维以及这二者的组合对原生PETG和回收PETG长丝进行增强,该团队提高了纯PETG基体材料的力学性能和热性能。

图1

采用膨胀石墨、碳纤维或这二者增强的混合PETG用于3D打印

填料通常被添加到热塑性塑料的长丝中,用于改善强度、热性能、导电性甚至外观。材料科学研究的很大一部分只是在试验添加剂、测试复合材料以及不断重复这一过程,直到获得所需要的性能。尤其是PETG,它以抗冲击性、柔韧性和优异的耐化学性而闻名。

为了在不有损任何原始属性的情况下研制出更低成本的PETG混合材料,研究人员们首先获得了原生PETG、回收PETG、膨胀石墨和碳纤维的样品。他们一共生产了23个复合材料的样品,其中的19 个由原生PETG制成,另外4个由回收PETG制成,每组有两个样品不含填料,并作为参照物。

由填料增强的样品采用了石墨与碳纤维的多种组合,总重量比高达10%(通常至少保留90% 的PETG)。采用材料样品、用一台Quadron 1001 FFF机器3D打印处测试部件,再用万能试验机测定每个样品的杨氏模量、屈服时的拉伸应力、断裂时的拉伸应力和断裂伸长率,以及其他热力学性能。

该团队发现,除了一个样品外,他们使用的每一种复合材料组合都适合于3D打印工艺。测试表明,他们新开发的长丝“非常强大”,各层粘接牢固。膨胀石墨的加入增加了材料密度,带来了一些力学性能的增强。他们还发现,添加碳纤维减小了部件密度,同时显著降低了材料的热膨胀系数。通过选用更便宜的回收PETG而不是原生PETG ,这些研究人员能够实现他们的目标,即创造一种更低成本的高强度复合材料,

图2

含有膨胀石墨的原生PETG

有关这项研究的更多细节,可以在2020年4月出版的《Applied Sciences》杂志中的“Novel Hybrid PETG Composites for 3D Printing”一文中找到。

回收的长丝虽然经济,但却经常引起人们对所生产部件力学性能的担忧。为了量化这一问题,希腊地中海大学的研究人员们研究了ABS长丝的力学性能随循环使用次数而发生的变化。他们发现,直到循环使用的第五个阶段,ABS的力学性能提高了30%左右,之后就退化了。此外,美国陆军开发出了一种新的多聚物长丝以适用于低成本的FFF 3D打印机。星形聚碳酸酯的芯材与ABS外层相结合,赋予了试验长丝高强度性能。

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