后处理工艺对聚碳酸酯激光烧结件性能的影响

汪艳

(武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉430073)

后处理工艺对聚碳酸酯激光烧结件性能的影响

汪艳

(武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北武汉430073)

采用环氧树脂(EP)对聚碳酸酯(PC)烧结件进行后处理,研究了后处理工艺对PC烧结件力学性能的影响。结果表明,经EP处理后的PC烧结件由多孔性物质变为密实性物质,其拉伸强度及模量、冲击强度等性能均大幅度提高,其中,拉伸强度由0.39～2.29 MPa提高到约40 MPa,拉伸模量由2.19～17.13 MPa提高到约500 MPa,冲击强度从0.92～3.13 kJ/m2提高到约7 kJ/m2。

聚碳酸酯;选择性激光烧结;环氧树脂;后处理工艺;性能

0 前言

选择性激光烧结技术是采用激光作为热源来烧结粉末材料成型的一种快速成型技术。利用该技术可将粉末材料直接成型为任意复杂形状与结构的制品,而不需要任何工装模具[1-2]。PC是一种综合性能优良的工程塑料,也是研究报道较多的一种高分子激光烧结材料[3-9],但其选择性激光烧结制件具有较高的孔隙度,导致烧结件的强度较差,不能满足功能零件的要求。

本文采用EP对PC烧结件进行后处理以提高其力学性能。

1 实验部分

1.1 主要原料

PC粉末,Pg-3,五矿常州合成化工总厂;

EP,CYD-128,巴陵石油化工有限责任公司;固化剂593,工业级,市售。

1.2 主要设备及仪器

快速成型机,HRPS-Ⅲ,华中科技大学;

电子万能试验机,WDW-50,深圳市凯强利机械有限公司;简支梁冲击试验机,X JJ-5J,河北省承德市试验机厂;扫描电子显微镜(SEM),J SM-5510LV,日本电子株式会社。

1.3 样品制备

先将PC粉末在快速成型机上以1500 mm/s的扫描速度、0.1 mm的扫描间距、0.15 mm的单层厚度及6～13.5 W的激光功率直接制备各种形状的测试试样,再用配制好的EP与固化剂(质量比5∶1)混合物对各试样进行浸渍处理,处理后的试样于室温固化4 h,再在80℃下固化2 h。

1.4 性能测试与结构表征

分别用分析天平和游标卡尺测量烧结试样的质量和尺寸,采用质量-体积法计算烧结样品的密度:

式中 d——密度,g/cm3

m——质量,g

V——体积,cm3

拉伸性能按GB/T 1040—1992进行测试,拉伸速度50 mm/s;

冲击强度按GB/T 1043—1993进行测试,摆锤能量1 J;

样品冲击断面经喷金处理后,用SEM观察断口形貌。

2 结果与讨论

2.1 后处理对PC烧结件密度的影响

PC烧结件后处理是用液态EP体系浸渍多孔的PC烧结件,EP体系由于毛细管作用浸入烧结件内部,填充其中的空隙,然后在一定的温度下使EP固化,形成致密的制品。

从表1可以看出,PC烧结件的密度虽然随着激光功率的增加而有所增大,但远低于PC实体密度,经过EP体系处理后,其密度大幅度提高。但处理后的密度并不随处理前密度的增大而增大,具有中等密度的烧结件处理后的密度最大。这与EP体系的浸渍情况有关,EP在密度较大、孔隙率较小的烧结件中渗透速度较慢,不容易渗入所有的空隙,影响了密度的提高。

表1 PC烧结件后处理前、后的密度Tab.1 Density of PC laser sintering parts before and after post processing

从图1可以看出,PC烧结件致密性很低,存在大量孔隙,处理后的烧结件孔隙被EP填充,形成了致密的材料。

图1 PC烧结件冲击断面的SEM照片Fig.1 SEM images for impacted cross section of PC laser sintering parts

2.2 后处理对PC烧结件力学性能的影响

从表2可以看出,PC烧结件经过EP体系处理后,其力学性能大幅度提高,拉伸强度和模量分别提高了17.1～99.7倍和26.7～176倍,冲击强度提高了2.15～7.03倍,断裂伸长率则下降了50%～80%。PC烧结件的力学性能在处理前相差很大,处理后的差距大大缩小,表明后处理对烧结件的性能起着决定性的作用。处理后的试样受到外力作用时,EP起到承受和传递外力的作用,大大减少了外力对PC粒子间黏结处的破坏作用,从而使烧结件的力学强度大幅度提高。用9 W的激光功率制备的烧结件经EP处理后的力学性能最佳。

表2 PC烧结件后处理前、后的力学性能Tab.2 The mechanical properties of PC laser sintering partsbefore and after post processing

2.3 后处理对烧结件尺寸精度的影响

将在不同的激光功率下烧结的50 mm×50 mm×4 mm方块,用EP进行后处理,处理后的各试样在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,可见,后处理对PC烧结件尺寸精度的影响很小,最终试样的尺寸精度取决于处理前烧结件的精度。

3 结论

(1)采用EP对PC烧结件进行处理后,烧结件中的孔隙被EP填充,形成了致密的材料;

(2)经过EP处理后,PC烧结件的力学性能大幅度提高,拉伸强度、拉伸模量、冲击强度分别达到44.7 MPa、600.6 MPa和8.83 kJ/m2,可满足塑料功能件的性能要求,且后处理对烧结件的尺寸精度影响极小。

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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

联系人,wangyan.wict@163.com