后處理工藝對聚碳酸酯激光燒結件性能的影響

汪艷

(武漢工程大學材料科學與工程學院,湖北武漢430073)

后處理工藝對聚碳酸酯激光燒結件性能的影響

汪艷

(武漢工程大學材料科學與工程學院,湖北武漢430073)

采用環氧樹脂(EP)對聚碳酸酯(PC)燒結件進行后處理,研究了后處理工藝對PC燒結件力學性能的影響。結果表明,經EP處理后的PC燒結件由多孔性物質變為密實性物質,其拉伸強度及模量、沖擊強度等性能均大幅度提高,其中,拉伸強度由0.39～2.29 MPa提高到約40 MPa,拉伸模量由2.19～17.13 MPa提高到約500 MPa,沖擊強度從0.92～3.13 kJ/m2提高到約7 kJ/m2。

聚碳酸酯;選擇性激光燒結;環氧樹脂;后處理工藝;性能

0 前言

選擇性激光燒結技術是采用激光作為熱源來燒結粉末材料成型的一種快速成型技術。利用該技術可將粉末材料直接成型為任意復雜形狀與結構的制品,而不需要任何工裝模具[1-2]。PC是一種綜合性能優良的工程塑料,也是研究報道較多的一種高分子激光燒結材料[3-9],但其選擇性激光燒結制件具有較高的孔隙度,導致燒結件的強度較差,不能滿足功能零件的要求。

本文采用EP對PC燒結件進行后處理以提高其力學性能。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PC粉末,Pg-3,五礦常州合成化工總廠;

EP,CYD-128,巴陵石油化工有限責任公司;固化劑593,工業級,市售。

1.2 主要設備及儀器

快速成型機,HRPS-Ⅲ,華中科技大學;

電子萬能試驗機,WDW-50,深圳市凱強利機械有限公司;簡支梁沖擊試驗機,X JJ-5J,河北省承德市試驗機廠;掃描電子顯微鏡(SEM),J SM-5510LV,日本電子株式會社。

1.3 樣品制備

先將PC粉末在快速成型機上以1500 mm/s的掃描速度、0.1 mm的掃描間距、0.15 mm的單層厚度及6～13.5 W的激光功率直接制備各種形狀的測試試樣,再用配制好的EP與固化劑(質量比5∶1)混合物對各試樣進行浸漬處理,處理后的試樣于室溫固化4 h,再在80℃下固化2 h。

1.4 性能測試與結構表征

分別用分析天平和游標卡尺測量燒結試樣的質量和尺寸,采用質量-體積法計算燒結樣品的密度:

式中 d——密度,g/cm3

m——質量,g

V——體積,cm3

拉伸性能按GB/T 1040—1992進行測試,拉伸速度50 mm/s;

沖擊強度按GB/T 1043—1993進行測試,擺錘能量1 J;

樣品沖擊斷面經噴金處理后,用SEM觀察斷口形貌。

2 結果與討論

2.1 后處理對PC燒結件密度的影響

PC燒結件后處理是用液態EP體系浸漬多孔的PC燒結件,EP體系由于毛細管作用浸入燒結件內部,填充其中的空隙,然后在一定的溫度下使EP固化,形成致密的制品。

從表1可以看出,PC燒結件的密度雖然隨著激光功率的增加而有所增大,但遠低于PC實體密度,經過EP體系處理后,其密度大幅度提高。但處理后的密度并不隨處理前密度的增大而增大,具有中等密度的燒結件處理后的密度最大。這與EP體系的浸漬情況有關,EP在密度較大、孔隙率較小的燒結件中滲透速度較慢,不容易滲入所有的空隙,影響了密度的提高。

表1 PC燒結件后處理前、后的密度Tab.1 Density of PC laser sintering parts before and after post processing

從圖1可以看出,PC燒結件致密性很低,存在大量孔隙,處理后的燒結件孔隙被EP填充,形成了致密的材料。

圖1 PC燒結件沖擊斷面的SEM照片Fig.1 SEM images for impacted cross section of PC laser sintering parts

2.2 后處理對PC燒結件力學性能的影響

從表2可以看出,PC燒結件經過EP體系處理后,其力學性能大幅度提高,拉伸強度和模量分別提高了17.1～99.7倍和26.7～176倍,沖擊強度提高了2.15～7.03倍,斷裂伸長率則下降了50%～80%。PC燒結件的力學性能在處理前相差很大,處理后的差距大大縮小,表明后處理對燒結件的性能起著決定性的作用。處理后的試樣受到外力作用時,EP起到承受和傳遞外力的作用,大大減少了外力對PC粒子間黏結處的破壞作用,從而使燒結件的力學強度大幅度提高。用9 W的激光功率制備的燒結件經EP處理后的力學性能最佳。

表2 PC燒結件后處理前、后的力學性能Tab.2 The mechanical properties of PC laser sintering partsbefore and after post processing

2.3 后處理對燒結件尺寸精度的影響

將在不同的激光功率下燒結的50 mm×50 mm×4 mm方塊,用EP進行后處理,處理后的各試樣在X方向和Y方向的尺寸均略微增加,但增加值均在0.1 mm以下,可見,后處理對PC燒結件尺寸精度的影響很小,最終試樣的尺寸精度取決于處理前燒結件的精度。

3 結論

(1)采用EP對PC燒結件進行處理后,燒結件中的孔隙被EP填充,形成了致密的材料;

(2)經過EP處理后,PC燒結件的力學性能大幅度提高,拉伸強度、拉伸模量、沖擊強度分別達到44.7 MPa、600.6 MPa和8.83 kJ/m2,可滿足塑料功能件的性能要求,且后處理對燒結件的尺寸精度影響極小。

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Study on the Effect of Post Processing on Selective Laser Sintering PC Parts

WAN G Yan

(Department of Materials Science and Engineering,Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430073,China)

In this paper,epoxy resin(EP)was used to post processing PC selective laser sintering(SLS)parts,and the effect of post processing on the mechanical properties of PC SLS parts was studied.After the post processing by EP,PC SLS parts was changed from porous parts into full density parts and the tensile strength,tensile modulus,and impact strength of PC parts were greatly improved.The tensile strength of PC parts increased from 0.39～2.29 MPa to around 40 MPa,tensile modulus increased from 2.19～17.13 MPa to around 500 MPa,impact strength increased from 0.92～3.13 kJ/m2to around 7 kJ/m2.

polycarbonate;selective laser sintering;epoxy resin;post processing;property

TQ323.4+1

B

1001-9278(2011)02-0065-03

2010-10-09

聯系人,wangyan.wict@163.com