PLA/PBAT/OMMT可降解材料的制备及3D打印工艺

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzw200512168
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聚乳酸(PLA)作为最具发展前途的可生物降解塑料之一,在FDM快速成型领域具有广阔的应用空间。在应用推广过程中,材料的抗冲击性和耐热性不够,玻璃化温度低,功能性单一,限制了PLA在FDM快速成型的应用。因此本文采用同为可生物降解材料的PBAT来增韧PLA以制备新型的线材,为解决其相容性问题,以有机蒙脱土(OMMT)作为两相增容剂,作前后对比。重点分析了PLA/PBAT/OMMT共混材料的力学性能、流变性能、结晶性能及其可降解性,然后对FDM快速成型的参数进行正交优化,改善其加工精度。具体研究内容如下:(1)共混PLA/PBAT/OMMT材料,采用挤出成型制备PLA/PBAT/OMMT线材,再采用快速成型制备标准试样,通过对样件的力学性能、流变性能、结晶行为、断面形貌和表观质量的测试和分析得出:纯PLA表现出硬而脆的特点,随着PBAT含量的增加,共混材料的断裂延伸率以及耐冲击强度不断提高,共混材料的拉伸强度表现出先增后减的趋势,当PBAT含量约为30%时,拉伸强度最佳;加入2%含量的OMMT后,共混材料的综合力学又有较为明显提高;PBAT的熔体粘度明显远高于PLA,纯PLA的熔体粘度最低,随着柔性粒子PBAT的加入,共混物的熔体粘度逐渐上升,在PBAT的含量为30%时,上升的最为明显。加入2%含量OMMT后,熔体粘度有明显的下降;通过X-RD和SEM分析,PLA/PBAT共混体系为不相容体系,两相界面存在大量的孔洞,且结晶性能差,为半结晶聚合物,OMMT的加入使PLA/PBAT的两相界面变得模糊,能极大的改善他们的相容性,而且还提高共混物的结晶度;通过打印制件的表观质量,当PBAT的含量在30%左右,综合快速成型性能最佳。(2)通过土埋法对共混材料进行降解测试,研究表明:对于PLA/PBAT共混材料,PLA的降解性要好于PBAT,共混材料的质量损失率随时间的增加逐渐增加,但是降解速率呈现出先慢后快的趋势。随着PBAT比率的增加共混材料的降解性大幅下降,加入2%质量的OMMT后,共混物的降解性明显增加,因为OMMT的加入起到了成核剂的作用,经成核剂改性的PLA的结晶速率很快,其分子链堆砌的可能较为分散酥松,从而使水分子更容易扩散进入试样的内部进而发生水解。(3)对快速成型过程中产生的尺寸误差和翘曲进行分析,研究发现材料的属性、喷嘴温度、平台温度、扫描速率和挤出速率以及分层厚度是影响FDM快速成型过程中精度误差和翘曲的主要因素;通过正交实验发现,成型件在X、Y、Z向的尺寸误差不都是一致的:X向>Y向>Z向,且影响各个方向精度的因素也是不一致的,在X向精度影响大小分别为:A(分层厚度)>C(喷嘴温度)>D(平台温度)>B(扫描速率);在Y向精度影响大小分别为A>D>B>C;在Z向精度影响大小分别为A>B>C>D,但最佳组合为A1B1C2D3,即也是分层厚度为0.2mm,扫描速度为40mm/s,喷嘴温度为200℃,平台温度为55℃,制件精度最好。
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