摘要: 杨木粉/聚乳酸复合材料是一种新型的可降解环保材料。熔融沉积成型技术作为一种增材制造技术近年来在我国得到了较为迅速的普及和发展。本课题在国内外相关学者对木粉/聚乳酸复合材料研究的基础上，提出面向熔融沉积成型技术的杨木粉/聚乳酸复合材料的... 展开 杨木粉/聚乳酸复合材料是一种新型的可降解环保材料。熔融沉积成型技术作为一种增材制造技术近年来在我国得到了较为迅速的普及和发展。本课题在国内外相关学者对木粉/聚乳酸复合材料研究的基础上，提出面向熔融沉积成型技术的杨木粉/聚乳酸复合材料的制备。对复合材料的流变性能、结晶性能及打印样品的抗冲击性能、打印参数对打印制品的影响等方面进行研究。主要内容有： （1）探究原料含量和温度对转矩流变的影响，确定最佳原料配比和挤出温度。借助转矩流变仪，以杨木粉含量、增韧剂含量、润滑剂含量三因素的五个水平进行正交试验，采用极差分析法对平衡扭矩和峰值扭矩进行了分析，得出当杨木粉含量10wt%，增韧剂含量20wt%，润滑剂含量4wt%时复合材料在混合过程中的流动性最好、熔融体系对转子的作用力最小。对不同试验温度的研究表明，当试验温度为180℃时，复合材料扭矩值最低，适宜将此温度作为挤出过程中最高段温度。在上述配方及温度下进行了单因素试验，试验表明随着杨木粉含量的增加峰值扭矩呈现出先下降后上升的趋势，并在杨木粉含量为10wt%时达到最小值5.7N·m；随着增韧剂含量的增加，体系峰值扭矩呈现出先降低后趋于平衡的情形；随着润滑剂含量的增加，峰值扭矩逐渐降低且变化较为明显。 （2）采用双螺杆挤出机制备杨木粉/聚乳酸复合材料丝材，并对丝材的熔体流动速率进行了试验分析。通过正交试验得出最优原料配比，在最优配比下进行了单因素试验。结果表明杨木粉及增韧剂的加入会使丝材的流动性先增大后减小，润滑剂能极大提高丝材的流动性，当润滑剂添加量为4wt%时，材料熔体流动速率值变为31.622g/10min，与不添加润滑剂相比提高了近两倍。 （3）对纯聚乳酸、添加不同种类原料的样品进行傅里叶红外光谱、扫描电镜、差式扫描量热测试。红外光谱结果表明复合材料的主要官能团与纯聚乳酸相比并没有发生变化，但增韧剂的加入提高了复合材料的韧性。扫描电镜结果表明杨木粉与聚乳酸的相容性较差，杨木粉的加入使聚乳酸表面变得粗糙；增韧剂使杨木粉与聚乳酸热熔融状态下混合更加均匀。对复合材料的非等温结晶性能测试表明，较低的降温速率更有利于复合材料的结晶成型。 （4）采用熔融沉积型3D打印机对正交设计配方下的挤出丝材进行了样条的打印，对打印样条进行抗冲击性试验。结果表明，对于抗冲击强度，各因素的主次影响顺序依次为：增韧剂>润滑剂>杨木粉，且增韧剂的影响非常显著。当杨木粉含量15wt%，增韧剂含量20wt%，润滑剂含量1wt%时样品抗冲击性能最佳，达到31.224kj/m2。对打印样条的尺寸进行了测量，结果表明不同杨木粉、增韧剂、润滑剂含量下样条总体上长度、宽度方向尺寸偏差较小，而厚度方向尺寸偏差较大。 （5）对最优抗冲击强度配方下的丝材进行了不同打印参数的测试。分别考察了不同打印速度对打印样品密度和打印时间的影响，不同打印温度对进料速度、样品密度及试样与底键粘结力的影响，不同打印层厚度对打印时间和样品密度的影响，对不同杨木粉含量下打印试样表面质量进行了比较分析。测试表明，温度在200℃以上时不利于样品的打印；打印速度在70mm/s-90mm/s时，丝材挤出较为稳定，打印试样密度较好；打印层厚度在0.15mm以下时可以得到较好的样品。当杨木粉含量为15wt%时，杨木粉与聚乳酸两者可以较好地结合，样品抗冲击强度、颜色及表面质量均较好。 收起