碳纖維-尼龍12復(fù)合粉末的制備與選擇性激光燒結(jié)成形.pdf

1、選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS）是一種以激光為熱源燒結(jié)粉末材料的實(shí)體自由成形技術(shù)（Solid Freeform Fabrication，SFF）。用高分子粉末材料制作塑料結(jié)構(gòu)件是SLS技術(shù)的一個(gè)重要的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。為滿足燒結(jié)成形的塑料結(jié)構(gòu)件對尺寸精度、力學(xué)性能及耐熱性能的更高要求，研究和開發(fā)適合SLS成形的新型高分子及其復(fù)合粉末材料顯得尤為重要。相比歐美國家而言，國內(nèi)對于SLS

2、成形材料的研究開發(fā)相對滯后，種類較少，性能也不太理想，逐漸成為限制SLS技術(shù)在中國發(fā)展的瓶頸。為此，本文以開發(fā)用于SLS直接制造高性能塑料結(jié)構(gòu)件的碳纖維/尼龍12（Carbon Fibre/Polyamide 12）復(fù)合粉末為目標(biāo)，對該復(fù)合粉末材料的制備，燒結(jié)工藝以及燒結(jié)件力學(xué)性能進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 制備了纖維含量分別為30wt.%，40wt.%，50wt.%的三種尼龍覆膜碳纖維粉末。
　　 測量

3、了制得的復(fù)合粉末的粒徑及粒徑分布情況，通過掃描電鏡對粉末的微觀形貌進(jìn)行了觀察，并對粉末的熱性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：所制得的碳纖維/尼龍12 復(fù)合粉末的粒徑分布較寬，平均粒徑在50，60μm左右；粉末的微觀形貌呈現(xiàn)為由尼龍包覆的碳纖維以及等軸狀的尼龍顆粒共同構(gòu)成；復(fù)合粉末的熔融溫度較純尼龍12 粉末相比有少量下降，并且隨纖維含量的增多逐步下降；復(fù)合粉末的結(jié)晶溫度基本不受不同纖維含量的影響，且較純尼龍12 粉末的結(jié)晶溫度提高了近7℃；復(fù)合

4、粉末的熱穩(wěn)定性能得到了大幅度的提高，其降解速率的峰值溫度提高了約30℃。
　　 研究了所制得的碳纖維/尼龍12 復(fù)合粉末的選擇性激光燒結(jié)機(jī)理，分析了SLS工藝參數(shù)對碳纖維/尼龍12復(fù)合粉末燒結(jié)件性能的影響，并結(jié)合分析和實(shí)驗(yàn)為CF/PA復(fù)合粉末確定了一組合適的工藝參數(shù)。確定30%、40%、50%的碳纖維/尼龍12復(fù)合粉末的預(yù)熱溫度分別為170℃、168℃、165℃。選定激光功率22W，掃描速度2000mm/s，掃描間距0.1mm，

5、單層層厚0.1mm。采用內(nèi)外螺旋掃描方式，可以顯著減小燒結(jié)過程中的翹曲傾向。
　　 分析了不同的纖維含量對燒結(jié)件力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，碳纖維的加入可以大大提高燒結(jié)件的抗彎強(qiáng)度以及抗彎模量，三種碳纖維/尼龍12 粉末燒結(jié)件的抗彎強(qiáng)度分別提高44.5%，83.3%和114%；抗彎模量分別提高93.4%，129.4%和243.4%；
　　 碳纖維的加入使得燒結(jié)件的抗沖擊性能較純尼龍12 燒結(jié)件相比有一定的降低，當(dāng)纖維含量為