微波后处理SLS碳纳米管/木塑强化机理及力学性能研究

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选择性激光烧结(Selected Laser Sintering,SLS)碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)/木塑复合材料由于烧结过程中烧结粉末的非致密堆积的特性而存在的孔隙率高、强度低等问题,限制其应用范围。为了进一步提高强度,通常需要对CNT/木塑SLS制件进行后处理工艺。而目前常用的SLS木塑复合材料后处理方法是渗蜡和渗树脂,两种方法虽能够提高其力学性能,但工艺复杂、成本高。本文为解决CNT/木塑SLS制件的力学性能低、孔隙率高等问题,首次将微波处理工艺应用到CNT/木塑SLS制件中,创新性地提出一种工艺简单、低能耗、低成本的后处理方法,用于提高CNT/木塑SLS制件的力学性能。本文以力学性能作为CNT/木塑SLS制件微波处理的评价标准,分别对PES基体、木塑复合材料、CNT/木塑复合材料进行微波处理,得出微波处理的强化机理。结果表明微波处理时间为2s时,CNT/木塑复合材料的力学性能有很大提升,而相同条件下微波处理的不含CNT的聚合物与木塑复合材料性能都几乎没有变化。为进一步优选CNT/木塑SLS制件微波处理的工艺参数,探究不同微波处理时间、功率对CNT/木塑复合材料制件的力学性能和微观组织的影响。结果表明,随着微波处理时间的增加,CNT/木塑复合材料制件力学性能先增加后减小,其中10s微波处理达到最大值,其弯曲强度可以提高64.2%;随着微波功率的增加,CNT/木塑复合材料制件力学性能先增加后减小,其中功率为中低火时制件力学性能最佳。为验证微波处理对CNT/木塑SLS制件的作用,探究微波处理对石墨烯-碳纳米管/木塑SLS制件力学性能和微观组织的影响,发现微波处理可以提高石墨烯-碳纳米管/木塑复合材料力学性能,其中石墨烯与碳纳米管质量比为1:1时,微波处理对其作用最明显,其弯曲强度可提高76%。本文对促进激光增材制造木塑复合材料的产业化应用具有重要的理论意义和工程价值,也为创新木材高效利用方式探索一条新的途径。
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