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作者：

方禄辉

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摘要：

熔融沉积成型(FDM)工艺是目前使用最广的3D打印技术之一,FDM工艺无需传统模具制造和机械加工,使得产品的设计和生产周期缩短,生产成本下降。通用FDM成型设备以热塑性塑料为原材料,可应用于其工艺的材料选择相对较广。在改善和提高现有材料相关性能的同时开发和研究新的材料是近年来FDM成型技术的研究热点。由于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)材料的综合性能优异,其应用于FDM工艺,尤其是工业设计时具有极其重要的应用价值。但通用注塑级和挤出级ABS应用于FDM工艺时,由于韧性不够、流动性较差、成型过程中不均匀收缩以及材料冷却成型后抗挠曲性能较差,导致易断丝、翘曲、开裂等问题的存在,使ABS材料在FDM工艺中的打印效果难以达到理想的应用需求,因此有必要采用共混、共聚、复合等手段对ABS进行改性。针对上述问题,本文采用熔融共混挤出工艺,以SAN接枝的高胶粉、SAN树脂、K树脂以及不同拓扑结构的SBS/SEBS/SIS热塑性弹性体为原材料对连续本体法合成的ABS 8391树脂进行熔融共混改性。主要研究分析了其流变性能和力学性能的变化,并对其部分共混物合金进行挤出拉丝后应用于FDM工艺,对其打印温度范围、成型件与加热板粘结力以及打印翘曲度进行测试。本文研究了SAN接枝的高胶粉、不同分子量SAN树脂以及K树脂对ABS共混改性后力学性能、加工流动性以及剪切流变性能的影响。实验结果表明,高胶粉能提高其韧性和熔体强度,加入超高分子量的SAN能较快的增强共混物的熔体强度;加入分子量较低的聚合物如低分子量SAN树脂、K树脂等能改善其加工流动性,降低ABS剪切黏度对剪切速率的依赖性。本文研究了不同分子量和拓扑结构的SBS/SEBS/SIS对ABS流变性能和力学性能的影响。不同分子量的SBS、低分子量的SEBS以及SIS的加入都能改善其熔融温度下的加工流动性,SIS的作用尤其显著。当SIS加入质量分数为5%时,三种不同结构SIS/ABS合金的MFR值相对于纯ABS 8391提高了50%左右,当SIS的质量分数达到10%时,其MFR值提高100%以上;不同分子量的SBS、低分子量的SEBS以及SIS的加入都能减少其剪切黏度和模量对剪切频率的依赖性,减少FDM成型中材料的不均匀收缩;不同分子量和拓扑结构SBS/SEBS/SIS的加入都能提高ABS低频下的熔体强度,提高其成型过程中抵抗不均匀收缩的能力。ABS中低相对分子质量的SBS/SEBS/SIS的加入能降低其模量对温度的依赖性,从而使其加工温度区间相对较宽。SBS共混ABS后其缺口韧性和断裂韧性都得到了提高,SEBS能提高ABS的断裂韧性,ABS中SIS的加入能使其力学性能得到较大保持。当SIS加入量为5%时,其拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量以及缺口冲击强度分别还能保持没有加入SIS时的98%、91%、95%、97%和94%。相较于线型SBS/SEBS,同样分子量的星形结构SBS/SEBS对ABS共混改性后具有更加优异的加工流动性,并在低频下形成更加稳定的两相结构。本文通过对选定的几种ABS共混物进行FDM打印温度、成型件与加热板粘结力以及成型件翘曲程度的测试,其测试结果符合理论分析。ABS/苯乙烯类共混物合金具有明显较低的加工温度、翘曲程度以及较高的成型件与加热板粘结力。其中带甲基侧链的SIS对ABS翘曲度的改善效果尤其显著。

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关键词：

3D打印；熔融沉积成型；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；苯乙烯类嵌段共聚物

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1016.737929

被引量：

11