再生磨碎碳纤维：在汽车零部件制造中的应用

来自 实验室仪器网

《聚合物复合材料》最近发表了一项研究成果，探讨了回收的研磨碳纤维(rCF)作为聚酰胺6,6(PA66)长丝填料在熔融长丝制造(FFF)中的应用，该工艺旨在生产汽车零部件。文章通过实验分析了添加5wt.%和10wt.%rCF的PA66长丝的流变性能和热性能。

FFF，也称为熔融沉积成型(FDM)，是一种广泛应用于汽车、航空航天、医疗和消费品等行业的3D打印技术。线材材料的特性会严重影响打印部件的机械性能和热性能。

增强纤维通常被添加到热塑性塑料中以提高长丝性能。rCF因其提供环境、经济和技术效益而备受关注。尽管已证明rCF能够有效提高印刷样品的性能，但它们在工业规模FFF中用于功能组件的可加工性仍未得到充分探索。

本研究通过生产和表征rCF负载的PA66长丝并在汽车零件原型中对其进行测试来解决这一差距。

方法：从废纤维到功能长丝

用于生产长丝的基础材料是PA66。rCF是将热解碳纤维转化为无纺布的工业过程中的副产品。干燥后，将纤维与PA66以两种成分混合：5wt.%rCF（PA-rCF5）；10wt.%rCF（PA-rCF10）将这些混合物挤出成复合长丝。同时还生产了纯PA66长丝作为参考。

采用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)分析了线材和打印样品的热性能。通过熔体流动速率(MFR)测试来评估流动特性。并通过扫描电子显微镜(SEM)观察其形态。

为了测试打印性能，我们利用rCF增强型长丝通过FFF技术制作了鲨鱼鳍天线罩原型。切片过程使用KISSlicerPROv1.6.3完成，并使用内置的调整向导优化了温度和流量等打印参数。最终制作了两个原型：填充率为25%，一个空心版本（0％填充），尺寸是原来的两倍

热分析表明，rCF对PA66基体的热行为仅造成微小变化。观察到熔化和结晶温度略有升高，这可能是由于rCF的成核效应所致。

rCF的主要影响体现在流变行为上。随着rCF含量的增加，复合材料的熔体粘度和维卡软化温度（VST）升高，从而提高了材料的耐热性和稳定性。

重要的是，rCF的加入并没有显著损害PA66的热性能。机械性能和热性能的适度提升，以及易于加工的特性，表明基于rCF的长丝可以集成到现有的制造流程中，而无需对设备或设置进行重大更改。

3D打印的鲨鱼鳍天线罩尺寸精度高，孔隙率低（<4%），表明打印质量稳定。SEM图像显示存在轻微的结构缺陷，例如分层和小气穴，但未发现纤维聚集或细丝间隙等重大问题。

总体而言，该材料的可打印性得到了确认，最终生产的部件符合汽车原型的基准要求。一些表面和结构缺陷可以通过进一步优化打印工艺来解决。

这项研究证明了rCF增强PA66长丝在汽车零部件增材制造中的应用潜力。这些长丝表现出良好的流变性和热性能，并在3D打印测试中表现良好，能够生产出功能齐全、尺寸精确的原型。

再生碳纤维(rCF)提供了一种可持续的循环方法来增强热塑性塑料。将其集成到3D打印材料中，不仅可以增加工业废料的价值，而且符合降低材料成本和环境影响的更广泛目标。

未来的工作重点应放在改进打印工艺，以解决观察到的细微缺陷并优化机械性能。更广泛的应用测试和生产工艺的扩展，可以支持FFF在汽车制造中的全面应用，从而减少浪费并推进可持续设计。

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