基于狼尾草纤维的3D打印复合线材制备与工艺优化

编号 zgly0001732497

文献类型 期刊论文

文献题名 基于狼尾草纤维的3D打印复合线材制备与工艺优化

作者 吴庆定  唐小杰  李佩  张嘉文  郝飒  刘克非 

作者单位 中南林业科技大学材料成形技术研究所 

母体文献 中南林业科技大学学报 

年卷期 2021,(09)

页码 166-178

年份 2021 

分类号 TB332  TP391.73 

关键词 狼尾草纤维  木质复合材料  3D打印线材  工艺优化  数值模拟 

文摘内容 【目的】拓展狼尾草的高值清洁利用领域，丰富FDM 3D打印耗材品种，制备具有木质感的3D打印复合线材。【方法】以狼尾草纤维为基材，经改性后与聚乳酸（PLA）复合，采用挤出法制备1.75 mm规格3D打印狼尾草/PLA复合线材，并通过3D打印实践优化3D打印工艺参数；借助Design Expert软件优化狼尾草纤维改性碱处理工艺；利用ANSYS FLUENT软件对狼尾草/PLA复合线材挤出熔融段流场进行数值模拟，分析其初始加热温度、螺杆转速和机筒温度等工艺参数对线材挤出过程的影响，进而优化线材挤出工艺；借助扫描电子显微镜（SEM）分析狼尾草/PLA复合材料断口形貌特征，解析其强韧化成因。【结果】狼尾草纤维的最优碱处理工艺参数为：碱液浓度3.5%，处理温度60℃，处理时间4.2 h。狼尾草/PLA复合线材挤出成形最优工艺条件为：流道初始温度165℃，螺杆转速为8 rad/s，机筒温度为180℃。制备的1.75 mm规格狼尾草/PLA复合线材应用于3D打印实践时，打印工艺参数推荐值为：填充率60%，层高0.3 mm，打印速度30 mm/s，打印温度210℃。狼尾草/PLA复合材料的SEM断口形貌具有韧性断裂特征，成就了1.75 mm规格狼尾草/PLA复合线材良好的冲击韧性。【结论】经碱处理后的狼尾草纤维随着部分半纤维素、灰分等组分的去除，其纹孔得以打开，与PLA的亲和力得以增强，制备的狼尾草/PLA复合线材及其3D打印试件强度高，韧性好，木质感强，可用于各种家居及办公家具摆件、汽车驾驶室用饰条与饰件、各类机电设备操控手柄等产品的生产，应用前景广阔。