熔融沉积成型制备聚合物基复合材料的结构形成与热传导
材料科学
2023-06-27 v1
摘要
熔融沉积成型（FFF）被广泛用于制备具有改进力学与热传导性能的聚合物基复合材料。复合材料的有效性能对其结构敏感，包括基体中夹杂物的形状、分布与取向以及 FFF 特有的缺陷。本研究旨在探究复合材料结构的形成并将其与测得的有效热传导性能相关联。通过金相学研究了热端中的聚合物流动与打印样品的结构。有效热扩散率由激光闪射法测量并依 Maxwell Garnett 理论分析。聚合物基复合材料中的纤维可视化了 FFF 打印机热端中的聚合物流动。在喷嘴中，纤维通常平行于流动方向取向，而气泡可能局部扰动流动并使纤维取向紊乱。打印的碳纤维/TPU 复合材料继承了丝材中观察到的纤维优先取向。打印后纤维相对于排列方向的取向紊乱增加。在打印的 Al2O3/PA 复合材料中，存在平行于挤出方向的三角形截面圆柱孔格架。Al2O3 颗粒形状不规则且近似等轴。未观察到偏析或团聚。在 5%vol. 碳纤维/TPU 复合材料的打印样品中观察到热扩散率的显著各向异性。打印 Al2O3/PA 复合材料测得的有效热扩散率基本各向同性，并随夹杂物体积分数显著增加。在所研究的 FFF 打印复合材料中，有效热扩散率正比于聚合物基体的热扩散率，而后者对液相急冷非平衡条件下形成的结构敏感。
引用
@article{arxiv.2306.14248,
title = {Structure formation and thermal conduction in polymer-based composites obtained by fused filament fabrication},
author = {Anton Smirnov and Nestor Washington Solis Pinargote and Roman Khmyrov and Nikolai Babushkin and Mikhail Gridnev and Ekaterina Kuznetsova and Andrey Gusarov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.14248},
year = {2023}
}