為提高選擇性激光燒結(jié)（SLS）木塑復(fù)合粉末的成形件的力學(xué)強度,設(shè)計出可用于該項技術(shù)木塑復(fù)合粉末的新配方,制備了纖維素/聚醚砜（PES）和纖維素/聚丙烯（PP）2種木塑復(fù)合粉末。利用分子力學(xué)和分子動力學(xué)模擬方法對纖維素/PES和纖維素/PP共混物進行共混計算,求得了纖維素分別與PES、PP的結(jié)合能分布曲線。通過建立不同質(zhì)量比的纖維素/PES共混物分子模型,計算其Flory-Huggins相互作用參數(shù)和靜態(tài)彈性性能,得到了纖維素含量對共混物彈性性能的影響;為驗證模擬結(jié)果進行了纖維素/PES和纖維素/PP共混物的激光燒結(jié)實驗。結(jié)果表明:相比較纖維素/PP復(fù)合粉末,纖維素與PES相容性更好,適用于選擇性激光燒結(jié)技術(shù);當(dāng)纖維素加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%²5%時,材料的相容性達到最佳狀態(tài);所構(gòu)建的纖維素/PES共混物模型可用于預(yù)測成形材料的彈性性能。 

【文章來源】：復(fù)合材料學(xué)報. 2016,33(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖２選擇性激光燒結(jié)纖維素／ＰＥＳ和纖維素／ＰＰ的原型件Ｆｉｇ．２Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｓｉｎｔｅｒｉｎｇｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｏｆｃｅｌｌｕｌｏｓｅ／ＰＥＳａｎｄｃｅｌｌｕｌｏｓｅ／ＰＰ

纖維素與２種熱塑性樹脂均不相容。對比圖３（ａ）與圖３（ｂ）得到，纖維素與ＰＰ共混時，二者的能量分布值相差較大，共混結(jié)合能數(shù)據(jù)值在２２５００ｋｃａｌ／ｍｏｌ左右，而纖維素與ＰＥＳ共混結(jié)合能在８０００ｋｃａｌ／ｍｏｌ左右，表明了纖維素與ＰＥＳ的相容時能量分布相近、相容性更好。圖４為纖維素／ＰＥＳ（２５∶７５）燒結(jié)件的表面和斷面微觀形貌的掃描電鏡照片。可以看出，ＰＥＳ樹脂融化成液相，在纖維素表面浸潤并發(fā)生不規(guī)則滲透，起到黏結(jié)傳遞應(yīng)力作用，而纖維素基本上保持為固態(tài)，兩相存在不相容性。激光傳熱為瞬態(tài)過程，粉末顆粒沒有完全融化，兩相無法形成致密組織，出現(xiàn)了明顯的空洞結(jié)構(gòu)。此外，１．３節(jié)的燒結(jié)實驗表明，ＰＰ無法對纖維素浸潤，液相ＰＰ數(shù)量未達到填滿固相纖維素顆粒間間隙形成界面機械互鎖結(jié)構(gòu)，層與層之間更是無法黏結(jié)（見圖２）。這里一部分原因是纖維素與ＰＰ的相容性較差，還可能與ＰＰ樹脂粒徑過大及熱性能較差有關(guān)，因此纖維素／ＰＰ應(yīng)用于ＳＬＳ實驗仍需進一步的研究。綜合模擬與實驗結(jié)果可知，相比于ＰＰ，ＰＥＳ與纖維素界面相容性更好，纖維素／ＰＥＳ共混物適用于ＳＬＳ技術(shù)。圖４纖維素／ＰＥＳ（２５∶７５）燒結(jié)件的表面和斷面微觀形貌Ｆｉｇ．４Ｓｕｒｆａｃｅａｎｄｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｍｉｃｒｏ－ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｃｅｌｌｕｌｏｓｅ／ＰＥＳ（２５∶７５）ｓｉｎｔｅｒｅｄｐａｒｔ３．３纖維素／ＰＥＳ共混物配比的優(yōu)化Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ相互作用參數(shù)（）可以表征高分子共混相容性好壞［２０］，共混物

Ｂ－Ｅｃｏｈ（）Ｖｍｉｘ（２）式中：Ｅｃｏｈ／Ｖ為各物質(zhì)的內(nèi)聚能密度，內(nèi)聚能密度數(shù)值上等于分子間的非鍵作用力范德華力與靜電力之和。根據(jù)Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ理論，的臨界值定義為Ｃ＝１２１槡ｎＡ＋１槡ｎ（）Ｂ２（３）式中：ｎＡ為纖維素分子鏈的聚合度；ｎＢ為ＰＥＳ分子鏈的聚合度。通過比較ＡＢ與Ｃ的大小可判斷共混體系的混合性，當(dāng)ＡＢ≤Ｃ時，表明共混物體系為相容體系，否則兩者不相容［１６］。圖５Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ相互作用參數(shù)（）與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系Ｆｉｇ．５ＲｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＦｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒ（）ａｎｄｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ分子動力學(xué)計算可得到不同質(zhì)量比的纖維素／ＰＥＳ體系的ＡＢ及Ｃ。圖５為Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ相互作用參數(shù)（）與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系�？梢钥闯�，ＡＢ整條曲線在Ｃ之上，表明纖維素與ＰＥＳ不相容性。隨著纖維素的含量的提高，ＡＢ值呈現(xiàn)先減小后增大的走向，當(dāng)纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到２５％時，ＡＢ最接近Ｃ，在４０％以后，大幅度遠(yuǎn)離臨界值。因此，纖維素與ＰＥＳ質(zhì)量比在２５∶７５時，兩者相容性最好，其他的比例下，相容性能有所下降。３．４纖維素含量對共混體彈性力學(xué)性能的影響材料的彈性行為服從胡克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，其比例系數(shù)為彈性模量，可以表征材料分子、原子之間鍵合強度。在復(fù)雜受力條件下，可用廣義胡可定律描述應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。廣義胡可定律定義為σｉ＝Ｃｉｊεｊｉ，ｊ＝１，

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本文編號：2965129