基于FDM的PLA基多孔復(fù)合材料的制備與性能研究
發(fā)布時(shí)間:2021-05-19 08:36
聚合物多孔材料是當(dāng)前材料科學(xué)研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn),但目前常規(guī)的聚合物致孔技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、個(gè)性定制多孔材料的成型。3D打。3D Printing,3DP)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)快速成型、個(gè)性定制和縮短開(kāi)發(fā)周期方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。熔融沉積成型(Fused Deposition Modelling,FDM)是典型的3D打印快速成型工藝,因其成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單,發(fā)展迅猛。但目前FDM 3D打印機(jī)精度所限,難以打印微納孔結(jié)構(gòu)。針對(duì)上述問(wèn)題,本文采用熔融共混擠出法制備了一類(lèi)新型聚乳酸(PLA)基FDM復(fù)合材料,并探索了3D打印—水洗(3D Printing-Washing,3DP-W)制備PLA基多孔器件的新方法。本文重點(diǎn)研究了聚乙烯醇(PVA)和硫酸鈉(Na2SO4)兩類(lèi)水溶性致孔劑與PLA共混改性制備的新型PLA基復(fù)合線(xiàn)材及3DP-W法制備的復(fù)合多孔器件。復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能、加工性能、降解性能與孔結(jié)構(gòu)等采用萬(wàn)能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、同步熱分析儀、熱變形溫度測(cè)試儀、MFR、XRD和SEM等進(jìn)行了測(cè)試與表征。首先,研究了以PVA為致孔劑的PVA/PLA多孔復(fù)合材料...
【文章來(lái)源】:湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】:81 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 前言
1.2 3D打印技術(shù)概況
1.2.1 3D打印技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
1.2.2 3D打印技術(shù)應(yīng)用
1.2.3 3D打印工藝及打印材料
1.3 FDM3D打印技術(shù)及其打印材料
1.3.1 FDM3D打印技術(shù)工作原理
1.3.2 FDM3D打印材料
1.4 PLA的性質(zhì)及改性研究
1.4.1 PLA的性質(zhì)
1.4.2 PLA的改性研究
1.5 PLA基多孔材料研究現(xiàn)狀
1.5.1 聚合物多孔材料概述
1.5.2 PLA基多孔材料的制備方法
1.6 選題的意義及內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 實(shí)驗(yàn)主要儀器
2.2 實(shí)驗(yàn)主要原料
2.3 實(shí)驗(yàn)方法
2.3.1 原料預(yù)處理
2.3.2 FDM復(fù)合線(xiàn)材的制備
2.3.3 多孔器件的制備
2.3.4 標(biāo)準(zhǔn)樣條的制備
2.4 復(fù)合材料的性能測(cè)試及表征
2.4.1 加工性能測(cè)試
2.4.1.1 MFR測(cè)試
2.4.1.2 擠絲和打印測(cè)試
2.4.2 力學(xué)性能測(cè)試
2.4.2.1 拉伸性能測(cè)試
2.4.2.2 彎曲性能測(cè)試
2.4.2.3 沖擊性能測(cè)試
2.4.3 結(jié)晶性能及熱性能測(cè)試
2.4.3.1 DSC測(cè)試
2.4.3.2 熱重(TGA)測(cè)試
2.4.3.3 X射線(xiàn)衍射(XRD)測(cè)試
2.4.3.4 熱變形溫度(HDT)測(cè)定
2.4.4 致孔效果分析
2.4.4.1 掃描電鏡(SEM)測(cè)試
2.4.4.2 孔隙率測(cè)試
2.4.5 親水性能測(cè)試
2.4.6 土壤降解實(shí)驗(yàn)
第3章 新型PVA/PLA基FDM復(fù)合材料的制備及性能研究
3.1 復(fù)合材料配方組分的選擇
3.1.1 致孔劑
3.1.2 穩(wěn)定劑
3.1.3 增塑劑
3.1.4 分散劑
3.1.5 抗氧化劑
3.1.6 增韌劑
3.2 復(fù)合材料加工溫度區(qū)間的選擇
3.2.1 PVA的熱性能分析
3.2.2 聚乳酸的熱性能分析
3.2.3 PVA/PLA復(fù)合材料共混擠出溫度的確定
3.3 PVA/PLA復(fù)合材料的制備
3.4 PVA含量對(duì)PVA/PLA復(fù)合材料性能的影響
3.4.1 加工性能
3.4.1.1 MFR分析
3.4.1.2 擠絲和打印性能分析
3.4.2 力學(xué)性能
3.4.3 熱性能及結(jié)晶性能
3.4.3.1 DSC分析
3.4.3.2 TG分析
3.4.3.3 熱變形溫度分析
3.4.4 致孔效果分析
3.4.4.1 SEM微觀(guān)形貌
3.4.4.2 孔隙率分析
3.4.5 親水性能分析
3.4.6 土壤降解性實(shí)驗(yàn)分析
3.5 增韌劑對(duì)PVA/PLA復(fù)合材料性能的影響
3.5.1 MFR分析
3.5.2 擠絲和打印性能分析
3.5.3 力學(xué)性能分析
3.5.4 熱變形溫度分析
3.6 PVA/PLA基FDM復(fù)合線(xiàn)材及多孔器件照片
3.7 本章小結(jié)
第4章 新型Na_2SO_4/PLA基FDM復(fù)合材料的制備與性能
4.1 Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料的制備
4.1.1 Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料添加劑用量的確定
4.1.2 Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料的配方
4.2 Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料性能分析
4.2.1 力學(xué)性能分析
4.2.2 流動(dòng)性能分析
4.2.3 擠絲和打印性能分析
4.2.4 致孔效果分析
4.2.4.1 不同球磨時(shí)間的Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料
4.2.4.2 不同Na_2SO_4含量的Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料
4.2.5 熱變形溫度分析
4.2.6 TG分析
4.2.7 XRD分析
4.2.8 親水接觸角分析
4.2.9 降解性能分析
4.3 Na_2SO_4/PLA基FDM復(fù)合線(xiàn)材及多孔器件照片
4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
展望
參考文獻(xiàn)
附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]聚乳酸增韌改性研究進(jìn)展[J]. 孫晨露,劉喜軍. 化工時(shí)刊. 2017(12)
[2]3D打印在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 張鵬. 新材料產(chǎn)業(yè). 2017(11)
[3]FDM 3D打印高分子材料改性及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 李新,孫良雙,楊亮,彭家麗,李洪波,葉正濤. 膠體與聚合物. 2017(03)
[4]3D打印多孔鈦支架微觀(guān)孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能[J]. 馮辰棟,夏宇,李祥,王成燾. 醫(yī)用生物力學(xué). 2017(03)
[5]基于3D打印技術(shù)的小學(xué)教學(xué)應(yīng)用研究[J]. 黃延慧,陳婷婷,王洪江. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2016(29)
[6]功能性共軛多孔聚合物材料[J]. 謝震,李玉森,陳龍,江東林. 高分子學(xué)報(bào). 2016(12)
[7]人體植入醫(yī)用材料的3D打印技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 羅希,張響,朱銀宇,劉如鐵. 材料導(dǎo)報(bào). 2016(S2)
[8]面向3D打印的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜述[J]. 楊慧香,宋國(guó)亞,姜大偉,尹曉靜,趙俊鵬,寧騰飛. 現(xiàn)代制造工程. 2016(11)
[9]3D打印聚乳酸熱塑擠壓成型材料的研究及應(yīng)用[J]. 唐鹿. 工程塑料應(yīng)用. 2016(11)
[10]3D打印技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 胡彥萍. 機(jī)械研究與應(yīng)用. 2016(05)
博士論文
[1]聚偏氟乙烯多孔膜結(jié)構(gòu)及其聚合物鋰離子電池隔膜的性能[D]. 崔振宇.浙江大學(xué) 2008
[2]聚乳酸共混改性研究[D]. 王寧.天津大學(xué) 2007
碩士論文
[1]功能納米纖維膜的制備及應(yīng)用[D]. 馬立靜.北京化工大學(xué) 2016
[2]3D打印多孔復(fù)合支架的生物相容性研究[D]. 涂暢.華中科技大學(xué) 2016
[3]PLA/TPU共混物的反應(yīng)擠出制備及性能研究[D]. 趙翡.華南理工大學(xué) 2015
[4]聚乳酸/聚乙二醇復(fù)合材料制備與發(fā)泡性能研究[D]. 張文昊.華南理工大學(xué) 2014
[5]靜電紡絲法制備PCLPLA納米纖維及其在生物材料方面的研究[D]. 王龍.廣東工業(yè)大學(xué) 2013
[6]聚乳酸基納米復(fù)合材料的制備與性能研究[D]. 馬云霞.中北大學(xué) 2013
[7]超臨界CO2制備聚乳酸發(fā)泡材料成型技術(shù)研究[D]. 晏夢(mèng)雪.華南理工大學(xué) 2011
[8]熔融沉積成型材料與支撐材料的研究[D]. 余夢(mèng).華中科技大學(xué) 2007
本文編號(hào):3195471
【文章來(lái)源】:湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】:81 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【文章目錄】:
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 前言
1.2 3D打印技術(shù)概況
1.2.1 3D打印技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
1.2.2 3D打印技術(shù)應(yīng)用
1.2.3 3D打印工藝及打印材料
1.3 FDM3D打印技術(shù)及其打印材料
1.3.1 FDM3D打印技術(shù)工作原理
1.3.2 FDM3D打印材料
1.4 PLA的性質(zhì)及改性研究
1.4.1 PLA的性質(zhì)
1.4.2 PLA的改性研究
1.5 PLA基多孔材料研究現(xiàn)狀
1.5.1 聚合物多孔材料概述
1.5.2 PLA基多孔材料的制備方法
1.6 選題的意義及內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 實(shí)驗(yàn)主要儀器
2.2 實(shí)驗(yàn)主要原料
2.3 實(shí)驗(yàn)方法
2.3.1 原料預(yù)處理
2.3.2 FDM復(fù)合線(xiàn)材的制備
2.3.3 多孔器件的制備
2.3.4 標(biāo)準(zhǔn)樣條的制備
2.4 復(fù)合材料的性能測(cè)試及表征
2.4.1 加工性能測(cè)試
2.4.1.1 MFR測(cè)試
2.4.1.2 擠絲和打印測(cè)試
2.4.2 力學(xué)性能測(cè)試
2.4.2.1 拉伸性能測(cè)試
2.4.2.2 彎曲性能測(cè)試
2.4.2.3 沖擊性能測(cè)試
2.4.3 結(jié)晶性能及熱性能測(cè)試
2.4.3.1 DSC測(cè)試
2.4.3.2 熱重(TGA)測(cè)試
2.4.3.3 X射線(xiàn)衍射(XRD)測(cè)試
2.4.3.4 熱變形溫度(HDT)測(cè)定
2.4.4 致孔效果分析
2.4.4.1 掃描電鏡(SEM)測(cè)試
2.4.4.2 孔隙率測(cè)試
2.4.5 親水性能測(cè)試
2.4.6 土壤降解實(shí)驗(yàn)
第3章 新型PVA/PLA基FDM復(fù)合材料的制備及性能研究
3.1 復(fù)合材料配方組分的選擇
3.1.1 致孔劑
3.1.2 穩(wěn)定劑
3.1.3 增塑劑
3.1.4 分散劑
3.1.5 抗氧化劑
3.1.6 增韌劑
3.2 復(fù)合材料加工溫度區(qū)間的選擇
3.2.1 PVA的熱性能分析
3.2.2 聚乳酸的熱性能分析
3.2.3 PVA/PLA復(fù)合材料共混擠出溫度的確定
3.3 PVA/PLA復(fù)合材料的制備
3.4 PVA含量對(duì)PVA/PLA復(fù)合材料性能的影響
3.4.1 加工性能
3.4.1.1 MFR分析
3.4.1.2 擠絲和打印性能分析
3.4.2 力學(xué)性能
3.4.3 熱性能及結(jié)晶性能
3.4.3.1 DSC分析
3.4.3.2 TG分析
3.4.3.3 熱變形溫度分析
3.4.4 致孔效果分析
3.4.4.1 SEM微觀(guān)形貌
3.4.4.2 孔隙率分析
3.4.5 親水性能分析
3.4.6 土壤降解性實(shí)驗(yàn)分析
3.5 增韌劑對(duì)PVA/PLA復(fù)合材料性能的影響
3.5.1 MFR分析
3.5.2 擠絲和打印性能分析
3.5.3 力學(xué)性能分析
3.5.4 熱變形溫度分析
3.6 PVA/PLA基FDM復(fù)合線(xiàn)材及多孔器件照片
3.7 本章小結(jié)
第4章 新型Na_2SO_4/PLA基FDM復(fù)合材料的制備與性能
4.1 Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料的制備
4.1.1 Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料添加劑用量的確定
4.1.2 Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料的配方
4.2 Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料性能分析
4.2.1 力學(xué)性能分析
4.2.2 流動(dòng)性能分析
4.2.3 擠絲和打印性能分析
4.2.4 致孔效果分析
4.2.4.1 不同球磨時(shí)間的Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料
4.2.4.2 不同Na_2SO_4含量的Na_2SO_4/PLA復(fù)合材料
4.2.5 熱變形溫度分析
4.2.6 TG分析
4.2.7 XRD分析
4.2.8 親水接觸角分析
4.2.9 降解性能分析
4.3 Na_2SO_4/PLA基FDM復(fù)合線(xiàn)材及多孔器件照片
4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
展望
參考文獻(xiàn)
附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]聚乳酸增韌改性研究進(jìn)展[J]. 孫晨露,劉喜軍. 化工時(shí)刊. 2017(12)
[2]3D打印在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 張鵬. 新材料產(chǎn)業(yè). 2017(11)
[3]FDM 3D打印高分子材料改性及應(yīng)用進(jìn)展[J]. 李新,孫良雙,楊亮,彭家麗,李洪波,葉正濤. 膠體與聚合物. 2017(03)
[4]3D打印多孔鈦支架微觀(guān)孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能[J]. 馮辰棟,夏宇,李祥,王成燾. 醫(yī)用生物力學(xué). 2017(03)
[5]基于3D打印技術(shù)的小學(xué)教學(xué)應(yīng)用研究[J]. 黃延慧,陳婷婷,王洪江. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2016(29)
[6]功能性共軛多孔聚合物材料[J]. 謝震,李玉森,陳龍,江東林. 高分子學(xué)報(bào). 2016(12)
[7]人體植入醫(yī)用材料的3D打印技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 羅希,張響,朱銀宇,劉如鐵. 材料導(dǎo)報(bào). 2016(S2)
[8]面向3D打印的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)綜述[J]. 楊慧香,宋國(guó)亞,姜大偉,尹曉靜,趙俊鵬,寧騰飛. 現(xiàn)代制造工程. 2016(11)
[9]3D打印聚乳酸熱塑擠壓成型材料的研究及應(yīng)用[J]. 唐鹿. 工程塑料應(yīng)用. 2016(11)
[10]3D打印技術(shù)在職業(yè)教育教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 胡彥萍. 機(jī)械研究與應(yīng)用. 2016(05)
博士論文
[1]聚偏氟乙烯多孔膜結(jié)構(gòu)及其聚合物鋰離子電池隔膜的性能[D]. 崔振宇.浙江大學(xué) 2008
[2]聚乳酸共混改性研究[D]. 王寧.天津大學(xué) 2007
碩士論文
[1]功能納米纖維膜的制備及應(yīng)用[D]. 馬立靜.北京化工大學(xué) 2016
[2]3D打印多孔復(fù)合支架的生物相容性研究[D]. 涂暢.華中科技大學(xué) 2016
[3]PLA/TPU共混物的反應(yīng)擠出制備及性能研究[D]. 趙翡.華南理工大學(xué) 2015
[4]聚乳酸/聚乙二醇復(fù)合材料制備與發(fā)泡性能研究[D]. 張文昊.華南理工大學(xué) 2014
[5]靜電紡絲法制備PCLPLA納米纖維及其在生物材料方面的研究[D]. 王龍.廣東工業(yè)大學(xué) 2013
[6]聚乳酸基納米復(fù)合材料的制備與性能研究[D]. 馬云霞.中北大學(xué) 2013
[7]超臨界CO2制備聚乳酸發(fā)泡材料成型技術(shù)研究[D]. 晏夢(mèng)雪.華南理工大學(xué) 2011
[8]熔融沉積成型材料與支撐材料的研究[D]. 余夢(mèng).華中科技大學(xué) 2007
本文編號(hào):3195471
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