溫度對3D列印PLA粘土納米複合材料的影響

據《3D列印商情》了解

在一篇題為《PLA/粘土納米複合材料的3D列印：列印溫度對列印樣品性能的影響》的論文中，一組研究人員研究了在3D列印應用中使用層狀硅酸鹽增強PLA的可能性，還特別研究了列印溫度對3D列印粘土/PLA納米複合材料的影響。

"為研究該影響，將兩種PLA級別(4032D級和2003D級，D-異構體含量分別為1.5和4)，用雙螺桿擠出機與4wt%層狀硅酸鹽(CULSTEST30B)進行熔融複合。"研究人員解釋說，然後，用單螺桿擠出機生產PLA和PLA/粘土原料長絲(直徑1.75mm)。

研究人員在三種不同的溫度下，採用FDM 3D列印技術，對狗骨狀和稜柱狀標本進行3D列印，熔化溫度逐漸提高(PLA 4032D為185~200°C~215°C，PLA 2003D為165~180°C~195°C)。採用熱重分析(TGA)、動態力學分析(DMA)、差示掃描量熱法(DSC)和拉伸試驗對PLA和PLA/粘土樣品進行了表徵。

用光學顯微鏡和接觸角測量對3D列印樣品的形態進行研究，與常規PLA長絲相比，PLA /粘土長絲上的DMA在環境溫度和高於玻璃化轉變溫度下均顯示出儲能模量的增加。熱重分析（TGA）表明，納米粘土的存在也提高了熱穩定性，並起到了成核劑的作用。

"最後，對於3D列印樣品，當提高列印溫度時，觀察到兩種PLA等級及其納米複合材料的不同行為。"研究人員表示，"特別是，3D列印納米複合材料樣品的彈性模量高於純PLA樣品，但對於PLA 4032D+C30B，隨著列印溫度的升高，彈性模量也在增加，而PLA 2003D+C30B則略有下降。考慮到不同的聚合物大分子結構和不同的納米複合材料形態(在PLA 4032D基質中剝離並插入PLA 2003D基質中)，可以解釋這種不同的行為。"

研究人員進行這項研究的原因之一是，PLA作為一種流行的3D列印材料，其熱穩定性、結晶性和拉伸性都很差。克服這些缺點的一種可能是用納米填料(如層狀硅酸鹽、碳納米管等)來增強PLA。納米級填料的使用可以提高材料的性能和加工性能。然而，很少有科學研究關注PLA/粘土納米複合材料的可列印性。

除了隨著列印溫度的升高彈性模量增加外，研究人員還發現不同的聚合物基體及其納米複合形態對3D列印樣品的性能有很大的影響。兩種基質的大分子結構影響了聚合物的定向能力。列印溫度對3D列印樣品的透明度也有影響--列印溫度越高，透明度越高。

研究人員總結說："這項研究表明，選擇列印溫度不僅要考慮熔融溫度，還要考慮聚合物的結構和/或納米複合材料的形態。因此，考慮到力學性能的改善，如果使用正確的溫度，以及物理/美學特性，例如不同的透明度，都可以找到潛在的應用。"

這篇論文的作者包括Bartolomeo Coppola，Nicola Cpetti，Lucano Di Maio，Paola Scalfato和Loredana Incarnato。

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