3D打印用PLA樹脂的成分和拉伸性能分析

李真真，馮 婧

（廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系 廣東 東莞 523083）

1 引言

經(jīng)過近30年的發(fā)展，3D打印的技術(shù)類型已經(jīng)越來越豐富，在最初的基礎(chǔ)上已經(jīng)衍生出幾十種打印技術(shù)。但截至目前，應(yīng)用最廣泛的還是熔融沉積技術(shù)FDM[1]。FDM技術(shù)的主要耗材是PLA絲材和ABS絲材，其中PLA因其可降解、綠色環(huán)保的特點(diǎn)，受到了更多的關(guān)注[2]。目前國內(nèi)雖有諸多廠家生產(chǎn)PLA，但絲材質(zhì)量參差不齊，成型件的質(zhì)量精度也受到較大影響[3]。本研究的主要目的是對國內(nèi)幾家有名的PLA生產(chǎn)公司的產(chǎn)品進(jìn)行成分鑒定和標(biāo)準(zhǔn)打印件的力學(xué)性能測試，為國內(nèi)PLA耗材的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)提供力學(xué)性能方面的參考。

2 實(shí)驗部分

2.1 原料，見表1。

表1

2.2 儀器與設(shè)備，見表2。

表2

2.3 拉伸試樣制備

制備試樣前，首先查得GB/T1040.2—2006(ISO527－2:1993)中對拉伸試樣的形狀尺寸要求，再用三維軟件Pro/e繪制出拉伸模型，具體尺寸見圖1。使用珠海天威公司ColiDo2.0Plus型號桌面級打印機(jī)的最佳模式打印出模型。

圖1 拉伸試樣三維模型尺寸圖

2.4 試樣檢測

FTIR檢測：掃描范圍400～4000cm-1。Raman檢測：拉曼激發(fā)波長633nm，掃描范圍100～3500cm-1。

拉伸試驗：參照GB/T 1040.2—2006進(jìn)行，拉伸速度1 mm/min。

3 結(jié)果與討論

3.1 PLA絲材樣品FTIR分析

圖2 PLA絲材的FTIR譜圖

由圖2可以看出，A樣品在869.75cm-1出現(xiàn)吸收峰，B樣品在871.68cm-1出現(xiàn)吸收峰，C樣品在869.75cm-1出現(xiàn)吸收峰。YOUNES[4]等研究表明，與PLA的α晶體相和非晶態(tài)相關(guān)聯(lián)的譜帶波數(shù)分別為755cm-1和869cm-1。3家公司的PLA絲材均在869cm-1附近呈現(xiàn)出典型的PLA的C-COO伸縮振動特征峰，表明3家的材料的確都是合格的PLA。

3.2 PLA絲材樣品力學(xué)性能分析

圖3 PLA樣品的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由圖3可以看出，3種樣品均成脆性斷裂。其中，A和B兩種樣品表現(xiàn)出相對較好的韌性特征，斷裂伸長率都在8.1%左右，稍高于C樣品的7.2%。A樣品的拉伸強(qiáng)度最高，為16.6Mpa。B樣品和C樣品的拉伸強(qiáng)度較為接近，分別為15.9Mpa和16.2Mpa。綜合來看，A材料的拉伸性能優(yōu)于B材料，B材料的力學(xué)性能捎優(yōu)于C材料。力學(xué)性能的差異，可能與各廠家絲材的成型工藝參數(shù)、添加劑種類及成分等因素有關(guān)。

4 結(jié)語

（1）所選國內(nèi)三家有名的PLA供應(yīng)商，絲材成分中都確實(shí)含有PLA，絲材成分都合格；

（2）三種絲材樣品的力學(xué)性能差距不大，綜合拉伸性能A材料最好，B材料其次，最后是C材料，原因分析為與各廠家絲材的成型工藝參數(shù)、添加劑種類及成分等因素有關(guān)。

[1]錢毅杰，白昊天，劉宇恒.3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科技資訊，2017，15(03):1-3.

[2]李新，孫良雙，楊亮，彭家麗，李洪波，葉正濤.FDM3D打印高分子材料改性及應(yīng)用進(jìn)展[J].膠體與聚合物，2017，35(03):139-141.

[3]陳濤，于曉東，賈茹.常見3D打印用ABS樹脂的成分和拉伸性能分析[J].塑料科技，2015，43(07):89-93.

[4] YOUNES H，DANIEL C.Phase separation in poly(ethylene glycol)/poly(latcic acid)blends[J].European Polymer Journal，1988，24(8):765-773.