3D打印制备及碳纳米管（CNT）填充的PP/SCF复合材料的多功能性

《Journal of Applied Polymer Science》：3D-Printing Preparation and Multi-Functional of CNT-Filled PP/SCF Composites

针对PP/SCF 3D打印材料存在的打印翘曲和功能受限问题，本研究提出SCF（30wt%）与CNT协同增强策略。通过熔融共混与FDM工艺制备PP/SCF/CNT复合材料，系统探究0-20wt% CNT含量对材料性能的影响。结果表明，5wt% CNT时弯曲强度达46.38MPa（较纯PP/SCF提升35.57%），20wt%时热导率0.44W/(m·K)、电导率30Ω、电磁屏蔽22.72dB。多组分协同设计有效整合机械与多功能性能，为电磁屏蔽、热管理和智能传感领域的高性能设备制造提供新思路。

　　

摘要

熔融沉积建模（FDM）3D打印技术因其低设备成本和灵活的加工能力而被广泛使用。然而，聚丙烯（PP）基材存在诸如打印变形和功能有限等缺点。尽管短碳纤维（SCF）可以提高PP的打印性能，但单一碳填料难以同时平衡材料的机械性能和多功能性，且过量填充容易导致界面缺陷。本研究提出了一种跨尺度的协同策略，结合了30%重量的SCF和碳纳米管（CNT）。通过混合挤出和FDM工艺制备了PP/SCF/CNT复合材料，并系统探讨了CNT含量（0%、5%、10%、15%和20%重量）对材料多功能性的影响。结果表明，CNT在PP基材中起到了物理交联网络的作用，并与SCF协同作用，优化了导电路径。当CNT含量为5%重量时，材料的抗弯强度达到46.38 MPa，比纯PP/SCF复合材料高出35.57%。随着CNT含量增加到20%重量，复合材料的导热系数提升至0.44 W/(m·K)，电阻率降至30 Ω，电磁屏蔽效果达到22.72 dB。这一突破克服了传统填料用量和单一功能性的限制。通过多组分协同设计，本研究实现了3D打印复合材料的机械性能与功能性的集成，为电磁屏蔽、热管理和智能传感等领域的高性能设备制造提供了新的思路。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。