大麻增强聚乳酸与丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸纤维的3D打印：机械强度评估

《Polymer Composites》：3D Printing of Hemp-Reinforced Polylactic Acid and Acrylonitrile Styrene Acrylate Filaments: Mechanical Strength Evaluation

可持续3D打印材料研究开发未处理亚麻纤维增强PLA/ASA生物基复合材料，通过单螺杆挤出成型和力学性能测试，优化纤维与增塑剂配比（10%亚麻+2.5%ESO），实现力学性能提升与打印性能平衡，较传统化学处理纤维更具工业适用性。

　　

摘要

随着增材制造领域对可持续材料需求的不断增长，开发既环保又在工业上具有可行性的生物复合材料变得尤为重要。然而，以往大多数关于大麻纤维增强丝材的研究都依赖于经过化学处理的纤维以及较低的纤维浓度，这限制了材料的可扩展性，增加了生产成本，并降低了其工业应用的价值。本研究通过使用未经化学处理的大麻纤维与聚乳酸（PLA）和丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸（ASA）聚合物基体相结合，添加生物基增塑剂来制备3D打印丝材，从而填补了这一空白。这些丝材通过单螺杆挤出工艺生产，并通过熔融沉积建模（FDM）技术打印出符合ASTM D638和D695标准的样品进行测试。结果表明，在PLA中添加10%（重量比）的大麻纤维和2.5%（重量比）的ESO（一种生物基增塑剂）后，材料的抗拉强度和刚性显著提高，同时打印性能也得到了改善。然而，过高的纤维或增塑剂含量会导致纤维聚集和界面粘结不良，从而引发制造问题并降低材料性能。在增塑剂方面，ESO在增强材料机械性能方面表现优于甘油，但高含量的ESO会在挤出过程中导致材料堆积。值得注意的是，与一些关于化学处理大麻复合材料的已发表数据相比，本研究开发的未经化学处理的纤维配方在机械性能上达到了相当甚至更优的水平，为工业应用提供了一种更具可扩展性和成本效益的替代方案。基于PLA的复合材料在机械性能指标上优于基于ASA的复合材料，但基于ASA的复合材料在尺寸稳定性和表面光洁度方面表现更佳。本研究展示了一种无需对纤维进行预处理的实用且可扩展的生物复合材料丝材制备方法，为适用于工业规模的可持续3D打印材料提供了一条经济可行的途径。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。