基于狼尾草纤维的3D打印复合线材制备与工艺优化

• 作者: 吴庆定 唐小杰 李佩 张嘉文 郝飒 刘克非
• 来源期刊: 中南林业科技大学学报
• 关键词: 狼尾草纤维 木质复合材料 3D打印线材 工艺优化 数值模拟
• 年，卷（期）: 2021,（9）
• 所属期刊栏目: 林业工程
• 页码范围: 166-178
• 页数: 13页
• 分类号: S781.2
• 语种: 中文
• DOI: 10.14067/j.cnki.1673-923x.2021.09.018

摘要

[目的]拓展狼尾草的高值清洁利用领域,丰富FDM 3D打印耗材品种,制备具有木质感的3D打印复合线材.[方法]以狼尾草纤维为基材,经改性后与聚乳酸(PLA)复合,采用挤出法制备1.75 mm规格3D打印狼尾草/PLA复合线材,并通过3D打印实践优化3D打印工艺参数;借助Design Expert软件优化狼尾草纤维改性碱处理工艺;利用ANSYS FLUENT软件对狼尾草/PLA复合线材挤出熔融段流场进行数值模拟,分析其初始加热温度、螺杆转速和机筒温度等工艺参数对线材挤出过程的影响,进而优化线材挤出工艺;借助扫描电子显微镜(SEM)分析狼尾草/PLA复合材料断口形貌特征,解析其强韧化成因.[结果]狼尾草纤维的最优碱处理工艺参数为:碱液浓度3.5％,处理温度60℃,处理时间4.2 h.狼尾草/PLA复合线材挤出成形最优工艺条件为:流道初始温度165℃,螺杆转速为8 rad/s,机筒温度为180℃.制备的1.75 mm规格狼尾草/PLA复合线材应用于3D打印实践时,打印工艺参数推荐值为:填充率60％,层高0.3 mm,打印速度30 mm/s,打印温度210℃.狼尾草/PLA复合材料的SEM断口形貌具有韧性断裂特征,成就了1.75 mm规格狼尾草/PLA复合线材良好的冲击韧性.[结论]经碱处理后的狼尾草纤维随着部分半纤维素、灰分等组分的去除,其纹孔得以打开,与PLA的亲和力得以增强,制备的狼尾草/PLA复合线材及其3D打印试件强度高,韧性好,木质感强,可用于各种家居及办公家具摆件、汽车驾驶室用饰条与饰件、各类机电设备操控手柄等产品的生产,应用前景广阔.