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3D打印聚合物合金的成形性和微结构演化机理研究
结题报告
批准号:
11865003
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
李坊佐
依托单位:
学科分类:
A30.核技术及其应用
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
周丽丽、张翔、谢小露、邱晓晖、杨阳
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中文摘要
3D打印工件材料的微观结构直接影响其宏观力学性能,且微观结构及其对应的宏观力学性能随时间演化。缺乏对打印过程中材料微观结构的原位实时研究,是现阶段制约高性能打印材料开发的技术瓶颈之一。本项目拟基于开发的环形束X射线衍射-小角散射(XRD-SAXS)和共聚焦扫描小角X射线散射(Confocal scanning-SAXS)联用方法技术,并采用Nylon6和ABS聚合物材料以及ABS-g-MAH和SMA分别为增容剂,对材料微观结构的静态过程和打印过程中随时间依赖的微观结构动态演化过程进行原位实时研究,实现材料结构生成及其演化的全周期全过程的解析;配合宏观力学性能测试,揭示Nylon6/ABS/ABS-g-MAH合金和Nylon6/ABS/SMA合金在3D打印过程中的不同成型条件对材料微观结构的影响机制,为开发高性能打印材料和构筑高端打印工件提供科学依据和新颖的结构表征工具。
英文摘要
The microstructures of the 3D-printed object affect its macroscopic mechanical properties directly, and the microstructures and corresponding macroscopic mechanical properties evolving with time. The lacking of in-situ real time research on the microstructure of materials in the printing process is one of the technical bottlenecks in restricting the development of high-performance printed materials at this stage. In this project, the polymer blends of Nylon6 and ABS separately with ABS-g-MAH and SMA as the compatibilizer are chosen, and the static process of the microstructure of the material and the time-dependent dynamic evolution of the microstructure of the polymer composites in the printing process can be investigated in-situ real time by using the combination of methodologies and techniques of annular XRD-SAXS and confocal scanning-SAXS. This project will realize the analysis of the whole cycle of material structure generation and evolution, and with the mechanical test, the mechanism of the effect of the different printing conditions on the microstructures of the polymer blends of Nylon6/ABS/ABS-g-MAH and Nylon6/ABS/SMA also will be revealed, which can provide a scientific guide for manufacturing advanced 3D-printed objects with the novelty pioneering structure characterization tool.
3D打印工件材料的微观结构直接影响其宏观力学性能,且微观结构及其对应的宏观力学性能随时间演化。在本项目的支持下,利用X射线衍射技术,结合常规宏观力学性能测试技术,以FDM打印方式打印LCP、PLA和PEEK聚合物,对材料微观结构的静态过程和打印过程中随时间依赖的微观结构动态演化过程进行了原位的实时研究,揭示了3D打印过程中的不同成型条件对材料微观结构的影响机制。.取得的研究结果如下:(1)对LCP进行3D打印,在打印形成的纤维中,靠近表面的聚酯由于散热较快,液晶取向得以固定下来,而靠近核心的区域由于温度较高,液晶向列有较多的时间可以回到无序的状态,使得打印出的纤维从取向程度上得到一种“核-壳结构”。核壳中不同的取向程度使得它们具有不同的力学性能,在某种条件下,较脆的壳发生了断裂,而核依然是完好的。(2)定量研究了LCP的强度及杨氏模量和三个关键打印参数的关系,包括喷嘴直径(dN)、层高(h)和温度(TN)。发现,随着三个参数的增加,纤维的力学性能都有所下降。提出了两种核壳结构形成机制,得出性能的变化是细丝中壳的比重降低导致的。(3)将研究从单一细丝拓展到复合层压板。发现,当细丝打印的方向与受力方向一致时,能够得到最好的力学性能。同时,包括杨氏模量、拉伸强度以及弯曲模量都可以通过热退火显著的提升。并且,对于打印方向和受力方向垂直的体系,热退火改变了复合纤维的断裂模式,使得它能够耗散更多的外力。.总之,LCP在3D打印挤出过程中的取向以及所形成的独特核-壳结构,具备优异的力学性能。在单细丝水平上研究了不同打印条件对3D打印纤维力学性能的影响后,深入研究了层板的力学性能,并探究了液晶取向和3D打印结合对局部力学性能的控制。这一成果将3D打印“自上而下”的成形能力与LCP“自下而上”取向控制相结合,带来了新的可能,为开发高性能打印材料和构筑高端打印工件提供了理论基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.7498/aps.71.20212195
发表时间:2022
期刊:物理学报
影响因子:--
作者:周腊珍;夏文静;许倩倩;陈赞;李坊佐;刘志国;孙天希
通讯作者:孙天希
In situ small-angle X-ray scattering investigation of X-ray-induced gold nanoparticle synthesis without stabilizer
无稳定剂 X 射线诱导金纳米颗粒合成的原位小角 X 射线散射研究
DOI:10.1107/s1600576721010207
发表时间:2021-11
期刊:Journal of Applied Crystallography
影响因子:6.1
作者:Fangzuo Li;Qianqian Xu;Wenjing Xia;Xiang Zhang;Weidong Zhao;Lili Zhou;Haijian Zhong;Weijie Peng;Zhiguo Liu;Tianxi Sun
通讯作者:Tianxi Sun
DOI:--
发表时间:2020
期刊:Journal of Imaging Research and Medical Applications
影响因子:--
作者:许倩倩;夏文静;李坊佐
通讯作者:李坊佐
Determination of Hepatic Iron Deposition in Drug-Induced Liver Fibrosis in Rats by Confocal Micro-XRF Spectrometry.
共焦微型 XRF 光谱法测定大鼠药物性肝纤维化中的肝铁沉积
DOI:10.1021/acsomega.1c06476
发表时间:2022-02-01
期刊:ACS omega
影响因子:4.1
作者:Xu Q;Xia W;Zhou L;Zou Z;Li Q;Deng L;Wu S;Wang T;Cui J;Liu Z;Sun T;Ye J;Li F
通讯作者:Li F
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