Получение модифицированного частицами графита полимерного композиционного материала для использования в аддитивном производстве

Аннотация

Представлены результаты анализа возможности получения композиционного материала на основе матрицы полилактида с добавлением частиц крупнодисперсного порошка графита характерным размером не более 150 мкм методом экструзии полимерного прутка диаметром 1,75 мм для последующего использования в качестве филамента при 3D-печати методом послойного наплавления (моделирования послойным наплавлением). Исходные гранулы полимерного материала механически смешивались с частицами модификатора в специальном контейнере-смесителе. Содержание углерода в полученном композиционном материале составило 25 % (масс.). Для получения изображения исходного порошкового материала использован метод сканирующей электронной микроскопии, для оценки механических свойств --- испытания на растяжение. Филамент получен с использованием экструдера Type B производства компании Wellzoom с автоматическим устройством для смотки полимерного филамента. Приведены параметры процесса экструзии, использованные для получения полимерного прутка из гранул полилактида и композиционного материала, модифицированного частицами графита. В материале установлено наличие углеродных добавок, меняющих физико-механические свойства полимерного композита. По результатам испытаний прутков на растяжение определены характеристики прочности и относительное удлинение

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Шинкарев А.С., Горбатюк С.М., Карфидов А.О. и др. Получение модифицированного частицами графита полимерного композиционного материала для использования в аддитивном производстве. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2024, № 5 (116), с. 97--109. EDN: ISOVMI

Литература

[1] Shinkaryov A.S., Ozherelkov D.Y., Pelevin I.A., et al. Laser fusion of aluminum powder coated with diamond particles via selective laser melting: powder preparation and synthesis description. Coatings, 2021, vol. 11, iss. 10, art. 1219. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings11101219

[2] Shinkaryov A.S., Cherkasova M.V., Pelevin I.A., et al. Aluminum powder preparation for additive manufacturing using electrostatic classification. Coatings, 2021, vol. 11, iss. 6, art. 629. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings11060629

[3] Jagadeesh P., Puttegowda M., Rangappa S.M., et al. A comprehensive review on 3D printing advancements in polymer composites: technologies, materials, and applications. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2022, vol. 121, no. 1-2, pp. 127--169. DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-022-09406-7

[4] Efremov D.V, Gerasimova A.A. Production of Fe--Cr--Co-based magnets by selective laser sintering. Steel Transl., 2021, vol. 51, no. 10, pp. 688--692. DOI: https://doi.org/10.3103/S0967091221100028

[5] Efremov D., Gerasimova A., Kislykh N., et al. Additive technology methods for manufacturing permanent magnets. MATEC Web Conf., 2021, vol. 346, art. 01010. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/202134601010

[6] Зимина А.И., Никитин А.А., Львов В.А. и др. Полимерный композиционный материал с эффектом памяти формы на основе полилактида и наночастиц феррита кобальта для адаптивных медицинских изделий. Гены и клетки, 2022, т. 17, № 3, с. 91. EDN: TXTCMI

[7] Subramaniam S.R., Samykano M., Selvamani S.K., et al. 3D printing: overview of PLA progress. AIP Conf. Proc., 2019, vol. 2059, iss. 1, art. 020015. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5085958

[8] Гибсон Я., Розен Д., Стакер Б. Технологии аддитивного производства. М., Техносфера, 2016.

[9] Teymoorzadeh H., Rodrigue D. Biocomposites of wood flour and polylactic acid: processing and properties. J. Biobased Mater. Bioenergy, 2015, vol. 9, no. 2, pp. 252--257. DOI: https://doi.org/10.1166/jbmb.2015.1510

[10] Przekop R.E., Kujawa M., Pawlak W., et al. Graphite modified polylactide (PLA) for 3D printed (FDM/FFF) sliding elements. Polymers, 2020, vol. 12, iss. 6, art. 1250. DOI: https://doi.org/10.3390/polym12061250

[11] Slapnik J., Bobovnik R., Mesl M., et al. Modified polylactide filaments for 3D printing with improved mechanical properties. Contemp. Mater., 2016, vol. 7, no. 2, pp. 142--150. DOI: https://doi.org/10.7251/COMEN1602142S

[12] Ertane E.G., Dorner-Reisel A., Baran O., et al. Processing and wear behaviour of 3D printed PLA reinforced with biogenic carbon. Adv. Tribol., 2018, vol. 2018, no. 1. DOI: https://doi.org/10.1155/2018/1763182

[13] Lee D., Wu G.-Y. Parameters affecting the mechanical properties of three-dimensional (3D) printed carbon fiber-reinforced polylactide composites. Polymers, 2020, vol. 12, iss. 11, art. 2456. DOI: https://doi.org/10.3390/polym12112456

[14] Jain A., Mishra A., Dubey A.K., et al. Mechanical characteristics and failure morphology of FFF-printed poly lactic acid composites reinforced with carbon fibre, graphene and MWCNTs. J. Thermoplast. Compos. Mater., 2023, vol. 36, iss. 9, pp. 3618--3643. DOI: https://doi.org/10.1177/08927057221133089

[15] Vinyas M., Athul S.J., Harursampath D., et al. Experimental evaluation of the mechanical and thermal properties of 3D printed PLA and its composites. Mater. Res. Express, 2019, vol. 6, no. 11, art. 115301. DOI: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab43ab

[16] Kovan V., Tezel T., Camurlu H.E., et al. Effect of printing parameters on mechanical properties of 3D printed PLA/carbon fibre composites. Mater. Sci., Nonequilib. Phase Transform., 2018, vol. 4, no. 4, pp. 126--128.

[17] Dou H., Cheng Y., Ye W., et al. Effect of process parameters on tensile mechanical properties of 3D printing continuous carbon fiber-reinforced PLA composites. Materials, 2020, vol. 13, iss. 17, art. 3850. DOI: https://doi.org/10.3390/ma13173850

[18] Hu C., Hau W.N.J., Chen W., et al. The fabrication of long carbon fiber rein-forced polylactic acid composites via fused deposition modelling: experimental analysis and machine learning. J. Compos. Mater., 2021, vol. 55, iss. 11, pp. 1459--1472. DOI: https://doi.org/10.1177/0021998320972172

[19] Gao X., Zhang D., Qi S., et al. Mechanical properties of 3D parts fabricated by fused deposition modeling: effect of various fillers in polylactide. J. Appl. Polym. Sci., 2019, vol. 136, iss. 31, art. 47824. DOI: https://doi.org/10.1002/app.47824

[20] Vinoth Babu N., Venkateshwaran N., Rajini N., et al. Influence of slicing parameters on surface quality and mechanical properties of 3D-printed CF/PLA composites fabricated by FDM technique. Mater. Technol., 2022, vol. 37, iss. 9, pp. 1008--1025. DOI: https://doi.org/10.1080/10667857.2021.1915056