短切碳纤维与ABS结合使用在3D打印件中效果惊人

2018-12-27 14:23

近日，来自澳大利亚国防军学院新南威尔士大学的作者Owen M. Cannings在题为《短切碳纤维对丙烯腈-丁二烯苯乙烯屈服强度的影响》的论文中讨论了加入短切碳纤维可提高ABS 3D打印的屈服强度的问题。虽然碳纤维是3D打印材料中常见的增强材料，但它通常以连续纤维的形式贯穿整个材料。作者的目的是找出切碎的碳纤维是否具有相同的效果。

Cannings测试了用短切碳纤维增强的普通ABS和ABS试样。碳纤维增强试样比常规ABS试样有着更多的变形，这表明CF-ABS材料更具延展性。他还测试了两种材料的3D打印试样的屈服应力。3D打印部件的屈服强度低于未加工的长丝的屈服强度，这表明打印部件可能在其内部存在一些空隙或缺陷。

“虽然与长丝相似的应力水平是理想的，但仍然可以观察到碳纤维-ABS部件强度的降低。”Cannings说，“对于0-90取向，观察到强度平均降低21.1％。对于±45°取向试样，观察到强度平均降低12.9％。”

Cannings试图联系负责长丝制造的公司，但没有得到回应。

“从以前对产品的研究中，建议CF颗粒的纵横比约为1，这意味着它们在任何一个方向都没有显示出整体效益，”他继续道。“这意味着失效的测试模式目前是无益的，因为低纵横比意味着纤维在任何方向上都没有表现出拉伸强度的增加。由此，增加ABS的YS的可能性依赖于ABS和CF之间的粘合强度高于ABS到ABS之间的粘结强度。作者无法找到在该领域进行的任何研究。其他基质如环氧树脂，利用短切颗粒在高粘度下在CF颗粒和基质之间表现出较低的粘合强度。由于ABS具有高粘度，负责制造的公司可能没有考虑在切碎的CF中对ABS使用适当的混合工艺。”

这可能是影响ABS和碳纤维增强ABS试样之间强度差异的主要因素。作者认为，未来的工作应该集中在适当的混合工艺和碳纤维几何结构的修改上。令人惊讶的是，与由碳纤维增强ABS打印的3D打印件相比，由普通ABS打印的3D打印件获得了更高的屈服强度值。在ABS中包含短切碳纤维颗粒导致拉伸强度降低13％至29％。需要进行更多研究以确定其原因，但初步估计表明碳纤维颗粒与ABS塑料之间的结合导致材料变弱。

许多运营商购买CF长丝，希望它的性能优于普通长丝。在许多情况下，我们已经知道，对于大多数应用程序中的大多数用户而言，增加的成本根本不值得。大多数碳纤维长丝是无功能和愚蠢的。这是一项有用的研究，可以支持这一点。我们也感激不尽的是，在积极的研究结果中，有一个消极的结果也很好！