熔融沉积成型打印速度对碳纤维增强PLA复合材料热-结构-力学性能的调控机制及协同优化研究

本研究针对熔融沉积建模(FDM)打印参数对碳纤维增强聚乳酸(CFRPLA)性能的影响机制展开探索。通过差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等多维度表征，发现提高打印速度虽可提升结晶度(29.7%)，但会因气孔缺陷和纤维-基体脱粘导致力学性能下降(强度降低5.1%)，同时韧性提升15.4%。该研究为航空航天等领域轻量化部件的打印参数优化提供了重要依据。

　　

熔融沉积建模(Fused Deposition Modeling, FDM)技术制备的碳纤维增强聚乳酸(Carbon Fiber Reinforced PLA, CFRPLA)复合材料，因其轻质高强的特性在工程领域备受关注。最新研究揭示了打印速度这一关键参数对材料性能的复杂影响：当喷头移动速度提升时，差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry, DSC)检测到结晶度显著增加，但热重分析(Thermogravimetric Analysis, TGA)曲线却显示材料热稳定性下降。扫描电镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)下可观察到，高速打印形成的微米级气孔和纤维-基体界面脱粘现象，导致拉伸强度降低5.1%，弹性模量骤降29.7%。有趣的是，这种结构缺陷反而使断裂伸长率提升18.77%，冲击韧性提高15.4%，形成了"强度-韧性此消彼长"的特殊现象。X射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)图谱与傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)数据共同证实，打印速度通过调控分子链排列方式和界面化学键合状态，最终实现了对材料热-力耦合性能的精准调控。这项发现为航空航天领域轻量化部件的性能定制提供了新思路。