【摘要】：近年來(lái),3D打印技術(shù)尤其是選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)發(fā)展迅速,尼龍(PA)材料因具有規(guī)整的分子鏈,在應(yīng)用于選擇性激光燒結(jié)時(shí),具有燒結(jié)速度快、燒結(jié)率高、SLS制件力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)。目前,應(yīng)用于SLS的尼龍材料多為進(jìn)口的尼龍12和尼龍11,國(guó)內(nèi)對(duì)于雙號(hào)碼長(zhǎng)碳鏈尼龍應(yīng)用于3D打印方面的研究較少。本文研究開(kāi)發(fā)了將具有國(guó)內(nèi)自主產(chǎn)權(quán)的長(zhǎng)碳鏈尼龍1212(PA1212)應(yīng)用于3D打印技術(shù),首先通過(guò)共聚組分的加入拓寬了尼龍1212材料燒結(jié)溫度窗口;然后以玻璃微珠和碳纖維作為填料,探索了尼龍1212/玻璃微珠(PA1212/GB)、尼龍1212碳纖維(PA1212/CF)復(fù)合材料的燒結(jié)性能和物理機(jī)械性能;最后,為了提高尼龍1212選擇性激光燒結(jié)粉末的綜合利用率,利用SLS尼龍1212燒結(jié)回粉作為粉末涂料,對(duì)其涂層的耐磨抗沖性能進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)利用尼龍1010鹽與尼龍1212鹽進(jìn)行共聚以拓寬燒結(jié)溫度窗口,考察了尼龍 1010 鹽添加量為 2wt.%、4wt.%、6wt.%、8wt.%、10wt.%、12wt.%時(shí)共聚尼龍?bào)w系熔融溫度和結(jié)晶溫度的變化情況。結(jié)果表明:隨著尼龍1010共聚組分的提高,尼龍1212選擇性激光燒結(jié)溫度窗口越寬,尼龍1212粉末的可加工性越好,但是為最大程度保持尼龍1212的優(yōu)良性能和SLS的加工性能,選擇尼龍1010加入量為4wt.%時(shí)的反應(yīng)條件,此時(shí)共聚尼龍的熔點(diǎn)為181.6℃,結(jié)晶溫度為148.0℃,燒結(jié)加工窗口溫度為21.2℃,燒結(jié)窗口拓寬5.4℃。(2)將機(jī)械混合法制備的尼龍1212/玻璃微珠、尼龍1212/碳纖維復(fù)合材料通過(guò)SLS成型,并利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、差示掃描量熱法(DSC)、X射線(xiàn)衍射(XRD)、熱重分析(TG)、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)、掃描電鏡(SEM)等手段對(duì)復(fù)合材料燒結(jié)件樣品進(jìn)行分析表征,分別考察了玻璃微珠、碳纖維的添加量對(duì)復(fù)合材料燒結(jié)件性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)玻璃微珠的添加量為30wt.%時(shí),PA1212/GB的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、缺口沖擊強(qiáng)度和吸水率分別為49 MPa、49MPa、12%、3.1kJ/m2、0.6%;碳纖維的添加量為20wt.%時(shí),PA1212/CF的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、缺口沖擊強(qiáng)度和吸水率分別為39MPa、46MPa、7%、2.5 kJ/m2、1.3%,當(dāng)GB添加量低于30wt.%,CF添加量低于20wt.%時(shí),復(fù)合材料表現(xiàn)出了較好的綜合性能。SEM觀察結(jié)果表明,加入少量的填料能夠很好的分散于熔融的尼龍1212基體中,形成了相容性很好的致密結(jié)構(gòu),力學(xué)性能隨之提高,但當(dāng)填料過(guò)量時(shí),復(fù)合材料燒結(jié)件內(nèi)部出現(xiàn)了更多的力學(xué)缺陷,從而導(dǎo)致材料的力學(xué)性能明顯下降。(3)利用尼龍1212的SLS燒結(jié)回粉進(jìn)行了尼龍1212與鋼材之間粘結(jié)性能的研究,利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、偏光顯微鏡對(duì)涂層的粘接和耐磨性能進(jìn)行測(cè)試分析,考察了實(shí)驗(yàn)溫度、實(shí)驗(yàn)壓力及相關(guān)助劑的添加量對(duì)尼龍1212粘結(jié)性能及耐磨性能的影響。結(jié)果表明:熱壓機(jī)設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度205℃、實(shí)驗(yàn)壓力0.3 MPa、采用砂紙打磨的預(yù)處理的實(shí)驗(yàn)條件時(shí),得到的尼龍1212粉末材料與金屬基體之間的結(jié)合強(qiáng)度較好。當(dāng)組分一的添加量為10wt.%時(shí),尼龍1212復(fù)合材料與鋼材的結(jié)合強(qiáng)度為30 MPa,摩擦系數(shù)為0.17,磨損量為0.11 g,表現(xiàn)出了較好的粘結(jié)及耐磨性能。本文選用尼龍1212作為尼龍11和尼龍12的替代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)SLS粉末,可為國(guó)內(nèi)SLS成型技術(shù)提供材料保證,為高端制造技術(shù)和高性能尼龍材料的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。利用SLS尼龍1212回粉開(kāi)展尼龍1212在耐磨抗沖涂層上的應(yīng)用研究,對(duì)于解決尼龍1212回粉的綜合重復(fù)利用問(wèn)題以及水輪機(jī)磨蝕防護(hù)問(wèn)題都具有較大意義。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.73;TB383.3
【圖文】：

圖１．１邋ＳＬＳ工作原理示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＳＬＳ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ逡逑統(tǒng)的成型加工技術(shù)相比［１２］［１３］，ＳＬＳ技術(shù)的原料來(lái)源廣泛且工藝步驟簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的模具，最為重要的是燒結(jié)成形需要設(shè)計(jì)，能夠滿(mǎn)足各種個(gè)性化需求，用途極為廣泛。逡逑Ｓ高分子粉末材料逡逑光的作用下，高分子材料體系粘度發(fā)生改變，分子鏈段運(yùn)論表明高分子粉末黏性流動(dòng)燒結(jié)的動(dòng)力粉末顆粒的表面張末的形貌對(duì)粉末鋪粉流動(dòng)性有很大的影響，流動(dòng)性不好的粉會(huì)出現(xiàn)翹曲變形，呈球狀的粉末往往就有較好的流動(dòng)性，適結(jié)。常用于ＳＬＳ的聚合物材料主要有聚碳酸酯（ＰＣ）、聚等。逡逑的３Ｄ邋Ｓｙｓｔｅｍ公司［１７］率先實(shí)現(xiàn)了邋ＰＣ在快速制作精密零件、

圖１．邋２水輪機(jī)裝置示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．邋２邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｕｒｂｉｎｅ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ逡逑成與消失的原因可以簡(jiǎn)單的理解為局部壓力的瞬間到高速微射流沖擊產(chǎn)生的表面破壞。汽蝕的破壞過(guò)知識(shí)來(lái)解釋?zhuān)啓C(jī)過(guò)流部件的金屬材料受到微射發(fā)生扭曲變形，化學(xué)性能開(kāi)始不穩(wěn)定，鄰近晶粒和未脫落的舊金屬之間構(gòu)成電極對(duì)，產(chǎn)生腐蝕電流，的機(jī)械性能惡化，導(dǎo)致汽蝕加劇［６１泥沙量高的河流更加突出，沖蝕程度受到沙的形狀、銳度、硬度堿程度等因素的影響。過(guò)流部件往往因?yàn)槟嗌车囊蚰嗌车臎_蝕而造成的金屬表面不平整又加快了汽耐磨涂層逡逑沖蝕的防護(hù)，主要的研究思路有使用管理、結(jié)構(gòu)設(shè)［７Ｇ］［７１］［７２］：逡逑

，，。逡逑步驟二，取適量尼龍１２１２樹(shù)脂粒料，６￣８倍質(zhì)量乙醇，助劑Ｄ、助劑Ｅ按逡逑比例加入到５邋Ｌ聚合爸中，升溫至設(shè)定溫度，６００￣８００邋ｒ／ｍｉｎ高速攪拌，保溫１￣４逡逑ｈ，快速降溫到７０°Ｃ以下。逡逑步驟三，將步驟二獲得的尼龍１２１２粉末干燥、分散、篩分，獲得粒徑大小逡逑３０？１００邋ｐｍ的尼龍１２１２粉末材料。逡逑２．１．４邋ＳＬＳ尼龍復(fù)合材料的制備逡逑（１）尼龍１２１２復(fù)合粉末的制備逡逑本文采用機(jī)械混合法制備尼龍１２１２復(fù)合材料，將準(zhǔn)確稱(chēng)取的尼龍１２１２粉逡逑末、填料（玻璃微珠或碳纖維），依次加入到高速攪拌機(jī)中，３００００邋ｒ／ｍｉｎ高速攪逡逑拌１５邋ｓ，放置１０邋ｍｉｎ以降低溫度，再高速攪拌１５邋ｓ取出，得到尼龍１２１２／玻璃微逡逑珠（ＰＡ１２１２／ＧＢ）、尼龍１２１２／碳纖維（ＰＡ１２１２／ＣＦ）復(fù)合材料備用。逡逑懫用偶聯(lián)劑處理玻璃微珠，方法如下：先將偶聯(lián)劑配制成３ｗｔ．％水溶液，將逡逑準(zhǔn)確稱(chēng)取的玻璃微珠浸泡３￣５邋ｍｉｎ，后放到８０°Ｃ烘箱中干燥２４邋ｈ，再和尼龍１２１２逡逑粉末機(jī)械法混合均勻。逡逑

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本文編號(hào)：2787600