Wpływ temperatury na nanokompozyty PLA z grafitem 3D

W artykule zatytułowanym "Drukowanie 3D nanokompozytów PLA / gliny: wpływ temperatury drukowania na właściwości drukowanych próbek" grupa naukowców bada możliwość zastosowania warstwowego PLA wzmocnionego krzemianem w 3D aplikacje do drukowania. W szczególności badają wpływ temperatury drukowania na nanokompozyty glinowe / PLA w 3D.

"Z tego powodu dwa stopnie PLA (4032D i 2003D, zawartość izomeru D 1,5 i 4) uległy stopieniu - zestawione z wytłaczarką dwuślimakową z warstwowym krzemianem (Cloisite 30B) w 4% wagowo "- wyjaśniają naukowcy. "Następnie wyprodukowano filamenty PLA i PLA / glina (średnica 1.75 mm) przy użyciu wytłaczarki jednoślimakowej."

Naukowcy drukowali 3D w kształcie kości i pryzmatycznych próbek z wykorzystaniem druku 3D FDM w trzech różnych temperatury, które stopniowo wzrastały od temperatury topnienia (185-200-215 ° C dla PLA 4032D i 165-180-195 ° C dla PLA 2003D). Próbki PLA i PLA / glina scharakteryzowano za pomocą analizy dynamicznej analizy mechanicznej (DMA) termograwimetrycznej (TGA), różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) i testów rozciągania.

Zbadano również morfologię wydrukowanych próbek 3D za pomocą mikroskopii optycznej i pomiarów kąta zwilżania. DMA na włóknach PLA / glina wykazywała wzrost modułu pamięci zarówno w temperaturze otoczenia jak i powyżej temperatur zeszklenia w porównaniu do regularnych włókien PLA. Obecność nanoglinki również zwiększyła stabilność termiczną, wykazaną przez TGA i działała jako czynnik zarodkujący, co zaobserwowano w pomiarach DSC.

"Wreszcie, w przypadku próbek drukowanych 3D, przy wzroście temperatury drukowania, zachowanie zaobserwowano dla dwóch gatunków PLA i ich nanokompozytów ", stwierdzają naukowcy. "W szczególności próbki nanokompozytowe z nadrukiem 3D wykazywały wyższy moduł sprężystości niż próbki z gładkiej PLA, ale w przypadku PLA 4032D + C30B, moduł sprężystości zwiększał się przy wzrastającej temperaturze drukowania, podczas gdy dla PLA 2003D + C30B nieznacznie spadał. Takie odmienne zachowanie można wyjaśnić, biorąc pod uwagę różne struktury makromolekularne polimeru i różne morfologie nanokompozytów (złuszczane w macierzy PLA 4032D i wstawiane w macierzy PLA 2003D). " CD3D .

Jednym z powodów, dla których naukowcy przeprowadzają badanie, jest to, że PLA, będąc popularnym materiałem do drukowania 3D, ma kilka problemów, w tym niską stabilność termiczną,zdolność krystalizacji i zdolność do ciągnięcia. Możliwością pokonania tych wad jest wzmocnienie PLA nanowypełniaczami, takimi jak warstwowe krzemiany, nanorurki węglowe i tak dalej. Zastosowanie wypełniacza w nanoskali umożliwia poprawę zarówno właściwości materiałów, jak i przetwarzalności. Niewiele badań naukowych dotyczyło jednak możliwości drukowania nanokompozytów PLA / gliny.

Oprócz zwiększenia modułu sprężystości wraz ze wzrostem temperatury drukowania, naukowcy odkryli, że właściwości drukowanych w 3D próbki były silnie zmienione przez różne matryce polimerowe i wynikające z nich morfologie nanokompozytów. Różna architektura makromolekularna dwóch matryc wpłynęła na zdolność polimeru do orientowania się, czy nie. Temperatura drukowania również miała wpływ na przezroczystość wydrukowaną w 3D - im wyższa temperatura drukowania, tym wyższa przezroczystość.

"Badanie to wykazało, że temperatura druku powinna być wybrana z uwzględnieniem nie tylko temperatury topnienia, ale także architektura polimeru i / lub morfologia nanokompozytów w przypadku systemów nanokompozytowych ", podsumowują naukowcy. "Dlatego potencjalne zastosowania można znaleźć zarówno w rozważaniu poprawy właściwości mechanicznych, jeśli używana jest prawidłowa temperatura, jak i właściwości fizycznych / estetycznych, takich jak inny stopień przezroczystości."

Autorami artykułu są Bartolomeo Coppola, Nicola Cappetti, Luciano Di Maio, Paola Scarfato i Loredana Incarnato.