开发一种采用废弃毛豆（Mucuna pruriens）种子粉增强的可持续r-ABS复合材料，以提高3D打印性能

《Polymers for Advanced Technologies》：Development of Sustainable r-ABS Composites Reinforced With Waste Mucuna pruriens Seed Powder for Enhanced 3D Printing Performance

本研究利用废弃Mucuna pruriens种子粉末（MPSP）作为生物基增强材料，成功提升回收ABS复合材料的机械性能。实验表明，添加3% MPSP可使拉伸强度提高5%，弯曲强度提升10.3%，冲击强度增加34%，且MPSP的尺寸分布和晶体结构优于传统天然填料，为可持续3D打印材料提供了新方案。

　　

摘要

本研究提出了一种新型的可持续增材制造方法，利用废弃的Mucuna pruriens种子粉（MPSP）作为生物基增强剂，添加到回收的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（r-ABS）复合材料中，通过农业废弃物的再利用和循环材料的使用来应对关键的环境挑战。采用扫描电子显微镜（SEM）进行全面的形态学分析发现，MPSP颗粒形状不规则，具有分形特征，平均粒径为1.13±0.25微米，颗粒尺寸分布呈三峰态，包括大颗粒（1.2–1.4微米）、中等颗粒（0.9–1.2微米）和小颗粒（0.6–0.9微米）。能量色散X射线光谱（EDAX）分析表明其元素组成良好，碳含量为51.81%（占原子量的59.08%），氧含量为45.81%，氮含量为1.38%，显示出良好的增强潜力。X射线衍射（XRD）分析结果显示其结晶度为28.41%，平均晶粒尺寸为21纳米，其结构特性与已知的天然填料（如栗壳23.25%和杏仁壳32.88%）相当。通过系统的机械性能优化，发现当MPSP添加量为3%时材料性能最佳：拉伸强度提高了5%（从29.87 MPa增加到31.21 MPa），弯曲强度提高了10.3%（从47.81 MPa增加到52.73 MPa），弯曲模量提高了10.3%（从2250 MPa增加到2350 MPa），尤其是冲击强度提高了34.03%，显示出优异的韧性提升。这些综合研究结果表明，用MPSP增强的r-ABS纤维是一种有前景的可持续材料，适用于高性能3D打印应用，能够有效地将两种废弃物转化为具有优异机械性能的增值复合材料，满足严苛的增材制造要求。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。