本文關鍵詞：熔融沉積成型用聚乙烯醇支撐絲材的制備及產(chǎn)業(yè)化

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【摘要】：熔融沉積成型(Fused Deposition Modeling,FDM)是一種近年來發(fā)展迅速的3D打印快速成型工藝,它操作簡單、成本低廉、安全環(huán)保,很適合辦公環(huán)境使用。FDM工藝在打印空心件或懸臂件時需要加上支撐才能成型,水溶性支撐材料對于提高FDM的成型精度具有重要的意義。聚乙烯醇(PVA)是一種可生物降解的水溶性高分子材料,非常適合用作FDM工藝的支撐材料。但是PVA的熱分解溫度和熔融溫度很接近,使其難以進行熔融加工。本文選擇PVA作為FDM工藝的水溶性支撐材料,通過添加增塑劑和熱穩(wěn)定劑對PVA進行改性,實現(xiàn)了PVA的熔融加工。采用DSC、熔融指數(shù)測試、力學性能測試等手段研究了改性PVA的性能,結果表明,加入由甘油與PEG200組成的復配增塑劑降低了PVA的熔融溫度和結晶度,改善了加工流動性,甘油比PEG200能更有效地降低改性PVA的熔融溫度和結晶度,當復配增塑劑總量為15份,甘油與PEG200的配比為3:2時,改性PVA的熔融加工溫度最低,甘油與PEG200的協(xié)同作用最佳。復配增塑劑的用量增加能明顯改善改性PVA的加工流動性,但降低了改性PVA的力學性能。研究了熱穩(wěn)定劑氫氧化鎂對改性PVA的性能影響,結果表明氫氧化鎂能顯著改善改性PVA的外觀,消除PVA熔融加工中產(chǎn)生的酸性氣體,但會降低PVA的加工流動性,當氫氧化鎂的用量為5份時,改性聚乙烯醇的熱穩(wěn)定性最好,樣品的外觀和氣味也滿足要求。采用擠出成型制備出滿足FDM工藝要求的PVA水溶性絲材。PVA的水溶性導致其絲材在擠出成型過程中不能用水冷卻,本文研究了液體冷卻和風冷冷卻兩種方式的冷卻效果,結果表明,液體冷卻可以較好地控制PVA絲材的外觀和絲徑精度,操作簡單,冷卻效果好,但是難以兼顧安全性和成本;而風冷冷卻的成本低、安全性高,但是需設計出合適的配方體系,且對設備的要求較高。對比了不同配方的PVA絲材在打印機噴頭里的黃變情況,選出了合適的配方體系。從打印溫度和打印速度兩個方面考察了制得的PVA絲材的打印性能,結果表明,改性PVA絲材在200℃打印時,綜合打印性能最好。水溶性測試結果表明,改性PVA絲材在6h即可完全溶于水,滿足FDM工藝對水溶性支撐絲材的要求。綜合全文分析,甘油用量為9份,PEG200用量為6份,氫氧化鎂用量為5份時,改性PVA的熔融加工性能最好,采用風冷冷卻PVA絲材,實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),而且制得的PVA絲材滿足FDM工藝的使用要求。
【關鍵詞】：熔融沉積成型 聚乙烯醇 熔融加工 水溶性支撐絲材 產(chǎn)業(yè)化
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ325.9
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 文獻綜述11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 熔融沉積成型技術原理12-13
• 1.3 熔融沉積成型支撐材料介紹13-15
• 1.3.1 熔融沉積成型支撐材料的作用及分類13
• 1.3.2 熔融沉積成型支撐材料的性能要求13-14
• 1.3.3 熔融沉積成型支撐材料的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.4 熔融沉積成型水溶性支撐材料的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.4.1 聚乙烯醇簡介15-16
• 1.4.2 聚乙烯醇的熔融加工性能研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4.3 水溶性聚乙烯醇的研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4.4 丙烯酸類共聚物的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.5 研究背景、意義及內容19-21
• 1.5.1 研究背景及意義19-20
• 1.5.2 研究內容20-21
• 第二章 實驗部分21-26
• 2.1 主要原材料21
• 2.2 主要儀器與設備21-23
• 2.3 實驗內容23-24
• 2.3.1 實驗工藝路線23
• 2.3.2 實驗實施方法23-24
• 2.4 測試與表征24-26
• 2.4.1 熔融指數(shù)測試24
• 2.4.2 DSC測試24
• 2.4.3 熱失重分析24
• 2.4.4 紅外光譜分析24
• 2.4.5 力學性能測試24-25
• 2.4.6 打印性能測試25
• 2.4.7 水溶性測試25-26
• 第三章 聚乙烯醇的熔融加工改性研究26-41
• 3.1 引言26-28
• 3.2 改性聚乙醇主材的選擇及配方設計28-29
• 3.2.1 聚乙醇主材的選擇28
• 3.2.2 實驗配方28-29
• 3.3 復配增塑劑的配比對改性PVA的性能影響29-33
• 3.3.1 復配增塑劑配比對PVA熔融性能的影響29-31
• 3.3.2 復配增塑劑配比對改性PVA熔融指數(shù)的影響31-32
• 3.3.3 復配增塑劑配比對改性PVA力學性能的影響32-33
• 3.4 復配增塑劑的用量對改性PVA的性能影響33-36
• 3.4.1 PEG200用量對改性PVA熔融性能的影響34-35
• 3.4.2 PEG200用量對改性PVA熔融指數(shù)的影響35-36
• 3.4.3 PEG200用量對改性PVA力學性能的影響36
• 3.5 氫氧化鎂對改性PVA的性能影響36-40
• 3.5.1 氫氧化鎂改性聚乙烯醇的造粒樣熔融指數(shù)測試37
• 3.5.2 氫氧化鎂改性聚乙烯醇的熱失重分析37-39
• 3.5.3 氫氧化鎂改性聚乙烯醇的紅外分析39-40
• 3.6 本章小結40-41
• 第四章 聚乙烯醇絲材的制備及產(chǎn)業(yè)化41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 PVA絲材的加工方案41-42
• 4.3 造粒加工42
• 4.4 擠出拉線42-45
• 4.4.1 液體冷卻43-44
• 4.4.2 風冷冷卻44-45
• 4.5 改性PVA絲材的打印性能測試45-47
• 4.5.1 改性PVA絲材的打印穩(wěn)定性測試45-46
• 4.5.2 打印工藝對打印結果的影響46-47
• 4.6 水溶性測試47-48
• 4.7 PVA絲材的產(chǎn)業(yè)化48-52
• 4.8 PVA絲材的產(chǎn)品性能指標52-53
• 4.9 本章小結53-54
• 第五章 結論與展望54-56
• 5.1 結論54-55
• 5.2 展望55-56
• 參考文獻56-60
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文60-61
• 致謝61

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