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聚醚醚酮及其碳纤维增强复合材料3D打印装备开发与性能研究
SEKANDI RONALD1
作者信息
摘要
增材制造技术又被称作3D打印技术，因其具有无需模具，即可构建复杂几何结构的特点，受到了越来越广泛的关注，并被广泛地应用于制造高性能的热塑性树脂材料制件。聚醚醚酮（PEEK）具有高强度、高刚度和优异的热稳定性等突出优势，因此是一种理想的工程应用材料。然而，由于PEEK材料自身的半结晶特性以及较高的熔点，对其纤维增强复合材料的3D打印成型装备提出了较高的要求。 为研究PEEK及其碳纤维增强复合材料3D打印的力学性能，本论文基于熔融沉积成型技术，设计了一款具有完全封闭加热腔体的高温3D打印机，其腔室温度最高可达200℃。在此基础上，基于COMSOL有限元仿真软件，对所设计的高温3D打印机内部温度场进行了模拟仿真。为进一步验证本文所设计的3D打印设备的功能性，采用该3D打印机，对纯PEEK以及含有10wt.%碳纤维增强的PEEK复合材料（PEEK-10CF）进行了打印，并对其力学性能，结晶度等进行了深入分析。 研究结果表明，随着打印温度由室温增加到130℃，纯PEEK样件中，其结晶度从24.9%增加到29.6%，而PEEK-10CF复合材料也表现出类似的趋势，其结晶度从25.5%增加到31.8%。与之类似，3D打印的PEEK-CF复合材料的机械强度也从61.7MPa增加到81MPa。研究结果表明，加热腔体环境对3D打印的PEEK-CF复合材料的机械强度具有积极的影响。本研究有望能够为后续开发高性能纤维增强PEEK复合材料与高温3D打印机提供思路与借鉴。
关键词
熔丝制造/PEEK复合材料/加热构建室/机械性能/结晶行为引用本文复制引用
授予学位
硕士学科专业
Mechanical Engineering导师
李熹平学位年度
2023学位授予单位
浙江师范大学语种
中文中图分类号
TB