FDM 3D打印技術(shù)制造了內(nèi)部具特定孔洞排列的PEEK基體，通過(guò)填充率控制孔徑大小與分布，隨后在孔洞內(nèi)嵌入以環(huán)氧樹(shù)脂為粘結(jié)劑的固體潤(rùn)滑劑，以?xún)刹椒ㄖ苽涑鲨偳妒絇EEK基復(fù)合材料。最后，研究了粘結(jié)劑、填充率以及石墨含量對(duì)聚醚醚酮復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響。

將配制好的石墨/環(huán)氧樹(shù)脂填料，通過(guò)直接注入的方式嵌入聚醚醚酮網(wǎng)格中，再經(jīng)震蕩使其充分流入孔洞并去除內(nèi)部氣泡。

填充率與石墨含量對(duì)摩擦系數(shù)的影響

隨著填充率增加，低石墨含量試樣摩擦系數(shù)逐漸降低，填充率為50%時(shí)，其摩擦系數(shù)小于純PEEK；高石墨含量試樣摩擦系數(shù)則明顯增大。

原因在于，填充率增大使試樣表面孔直徑減小、數(shù)目增多、排列更密集，孔內(nèi)填充的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料量減少，而孔內(nèi)石墨和環(huán)氧樹(shù)脂比例不變。低石墨含量在小孔內(nèi)不易爆聚，摩擦?xí)r易剝離，磨屑中的微量石墨可有效降低摩擦系數(shù)；高含量石墨加入后，大孔內(nèi)包覆的石墨片層相對(duì)運(yùn)動(dòng)自由，小孔內(nèi)因孔徑減小，石墨片層被束縛，與基體界面結(jié)合作用強(qiáng)，摩擦?xí)r不易剝離。所以，低含量石墨隨孔隙率增大可明顯降低試樣摩擦系數(shù)，高含量石墨則相反。由此得出，填充率為20%且石墨含量為10%時(shí)，試樣摩擦系數(shù)最低。

微觀角度分析填充率對(duì)摩擦學(xué)性能的影響

微觀上，填充率增大使試樣表面更平整。因填充率增加，相同表面積下孔數(shù)目增多、排列密集，環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料在孔內(nèi)包覆更緊密，填料與基體界面作用力強(qiáng)，拋光時(shí)不易脫出。

從表面形貌看，石墨含量增加，表面磨損嚴(yán)重。高含量石墨在拋光時(shí)因熱膨脹易從樹(shù)脂基體脫落，產(chǎn)生磨屑，導(dǎo)致表面出現(xiàn)大量與拋光方向一致的犁溝。磨斑表面形貌掃描電鏡圖顯示，所有試樣磨痕表面無(wú)兩種材料分界線(xiàn)，因低含量石墨對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂摩擦磨損性影響小，摩擦?xí)r形成潤(rùn)滑層覆蓋界面。磨痕表面比試樣表面光滑，因拋光后試樣表面有少量石墨碎片，摩擦?xí)r起潤(rùn)滑作用，可降低磨損率。

E828/G復(fù)合材料和填充率為20%的試樣磨痕表面出現(xiàn)裂紋，純PEEK和填充率為20%的試樣表面出現(xiàn)磨屑，且20%填充率試樣裂紋出現(xiàn)在填料位置，磨斑形貌相似，磨屑比純PEEK少。這是因?yàn)?0%填充率表面嵌入的環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料多，摩擦?xí)r鋼球接觸到的多，其硬度比石墨高，填料更易脫落，脫落的石墨使基材未磨損，磨痕表面出現(xiàn)與E828環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料相似的形貌。

隨著填充率增加，試樣表面填料排列密集，摩擦?xí)r石墨降低摩擦系數(shù)并保護(hù)基材，磨損率降低。純PEEK試樣表面有少量磨屑、無(wú)犁溝，說(shuō)明石墨有減磨耐磨作用。高含量石墨使材料剝離程度小，粘附層薄，試樣表面基材與填料分界線(xiàn)明顯，環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料表面犁溝減少，因石墨碎片多降低了磨損。填充率增加，磨痕寬度減小，表面光滑無(wú)磨屑和裂紋，材料更耐磨，因孔徑減小使PEEK基體材料含量增加，與石墨協(xié)同作用降低磨損率。

石墨高含量可有效降低材料摩擦系數(shù)，含量增加改善效果更明顯，但石墨片層間π-π鍵共軛作用易使其團(tuán)聚，導(dǎo)致摩擦系數(shù)不會(huì)持續(xù)降低。石墨含量增加，磨損率減小，因摩擦?xí)r碳基面易形成潤(rùn)滑層，且鋼球表面易形成轉(zhuǎn)移膜。

3D打印技術(shù)概述

“3D打印”，即增材制造，基本原理是將已切片的虛擬數(shù)據(jù)通過(guò)電子束、激光或紫外線(xiàn)等手段，短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)模型高精度制造。零件生產(chǎn)不受特定材料和模具限制，可自由設(shè)計(jì)各種形狀，滿(mǎn)足個(gè)性化定制需求。

隨著增材制造技術(shù)發(fā)展，已開(kāi)發(fā)多種打印技術(shù)，如熔融沉積3D打?。‵DM）、立體光刻技術(shù)（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、噴墨打印、數(shù)字光處理技術(shù)（DLP）等，可滿(mǎn)足消費(fèi)者一系列需求。基于第二章對(duì)FDM打印參數(shù)對(duì)制件力學(xué)性能的研究，F(xiàn)DM打印制件力學(xué)性能具各向異性。而SLA和DLP均采用紫外光源，自下而上逐層引發(fā)液態(tài)光敏樹(shù)脂聚合和交聯(lián)，可精確構(gòu)建三維實(shí)體，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在任意維度上的高保真度和高分辨率，目前丙烯酸酯和不飽和聚酯樹(shù)脂已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。

上一篇：3D打印技術(shù)在骨組織支架領(lǐng)域的臨床應(yīng)用與展望
下一篇：3D打印技術(shù)及其在聚醚醚酮材料中的應(yīng)用研究