温度对3D打印连续碳纤维增强聚胺6复合材料界面特性影响的原子模型:从加工到装载
Shenru Wang1,2, Xin Yan1,2, Baoning Chang2
1School of Mechanical Engineering and Automation, Beihang University, Beijing 100191, China.
ACS applied materials & interfaces
|November 20, 2023
概括
更高的成型温度提高了3D打印碳纤维增强聚胺复合材料的界面强度. 这项研究使用分子动力学来探索温度对复合材料性能和故障模式的影响.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 复合材料 复合材料 复合材料
- 增材制造 增材制造 增材制造
背景情况:
- 连续纤维增强热塑性复合材料 (CFRTPCs) 结合连续纤维3D打印 (CF3DP) 允许快速生产复杂的结构部件.
- 纤维树脂接口对于CF3DP复合材料的应力转移至关重要,受加工和加载温度的严重影响.
- 与加载温度效应相比,形成温度对接口属性的影响,特别是在原子层面上,研究不足.
研究的目的:
- 调查成型和加载温度对通过CF3DP制造的连续碳纤维增强聚胺6 (C/PA6) 复合材料的接口性能的影响.
- 了解温度如何影响接口强度,故障模式和整体机械性能.
主要方法:
- 利用分子动力学 (MD) 模拟来建模C/PA6复合材料.
- 在不同的成型和加载温度下模拟单轴拉伸负荷.
- 在分子水平上分析了接口特性和故障机制.
主要成果:
- 形成温度和界面强度之间发现了正相关性.
- 增高的成型温度在拉力负载下改变了故障模式.
- 升高的加载温度降低了聚胺6的机械性能,由于玻璃过渡,由粘合剂转变为凝聚剂的过渡失败.
结论:
- 形成温度是一个关键参数,可以提高CF3DP C/PA6复合材料的界面强度.
- 装载温度显著影响机械性能和故障模式,玻璃过渡起着关键作用.
- MD模拟提供了对3D打印复合材料中温度依赖的界面行为进行原子学的洞察.
