3D打印碳纤维及金属填充PLA复合材料的拉伸性能与断裂机制对比研究

本研究针对熔融沉积成型(FDM)技术制备的多功能碳纤维及金属填充聚乳酸(PLA)复合材料，系统评估了其拉伸性能与断裂机制。来自XX大学的研究团队对比分析了碳纤维、黄铜、青铜、铜、铁、不锈钢及铝填充的7种PLA复合材料，发现填料虽赋予材料导热/导电或磁性功能，却导致机械性能下降。扫描电镜(SEM)显示填料类型、分散度及界面结合显著影响断裂形貌。该研究为3D打印功能化PLA构件的力学性能优化提供了重要依据。

　　

这项研究深入解析了采用熔融沉积成型(FDM)技术制备的多功能聚乳酸(PLA)复合材料的力学行为。科研人员对七种含不同填料的PLA复合材料（包括碳纤维、黄铜、青铜、铜、铁、不锈钢和铝）进行了系统评估，并与纯PLA进行对比。通过拉伸测试获取了关键参数：抗拉强度、屈服强度、弹性模量、断裂伸长率和断裂能。

有趣的是，尽管填料赋予了复合材料热/电导性或磁性等附加功能，却导致机械性能普遍降低。其中碳纤维增强PLA表现出刚度提升但延展性骤降，而青铜/铜填充材料则在牺牲强度的情况下获得了适度的韧性改善。扫描电镜(SEM)观测揭示，填料的引入显著改变了断裂面形貌特征，呈现出不同程度的孔隙率、填料剥离和界面损伤等现象。

研究发现，填料的种类、分散状态以及其与PLA基体的界面结合强度，共同决定了材料在拉伸载荷下的力学响应模式。该研究为理解3D打印功能化PLA复合构件的失效机理提供了重要见解，对开发兼具功能特性和机械性能的新型复合材料具有指导意义。