3D 打印之所以成為現代工業中的新型技術,主要是因為這種技術可以用更高的打印精度和更短的時間來構建原型。隨著這一技術的不斷發展以及在材料領域的不斷創新,一些輕質高強、高耐熱、高耐磨的熱塑性特種工程塑料出現在大家的視野當中,直接用于航空航天、軸承元件的精密零件制造。
PEEK 作為一種高性能特種熱塑性工程塑料,具有優異的抗磨耐磨性能、高熱機械穩定性能以及良好的化學穩定性,目前已經應用于上述領域。由于 FDM 打印參數較為復雜,對聚醚醚酮的性能影響較為嚴重,因此我們開展了不同打印參數下 PEEK 制件的力學性能以及摩擦學性能研究,并獲得以下結論:

一、FDM 打印參數對聚醚醚酮摩擦學性能的影響研究
為研究 FDM 打印參數對聚醚醚酮摩擦學性能的影響,研究過程分為以下兩步:
- 力學性能討論:首先通過填充圖案和填充方向討論其力學性能,從而確定這兩個參數。
- 摩擦學性能探討:進一步討論填充率對聚醚醚酮摩擦學性能的影響。研究結果表明,隨著填充率的增大,摩擦系數和磨損率都是先增大后減小。
這一研究為以后針對 FDM 3D 打印聚醚醚酮的摩擦學領域提供了新的研究方向。今后還需要對其他打印參數進行討論和研究,從而進一步提高 PEEK 零件的摩擦學性能。

二、鑲嵌式聚醚醚酮基復合材料的制造與性能研究
為了進一步發揮 FDM 打印的優勢,我們通過控制填充率,采用兩步法制造了鑲嵌式聚醚醚酮基復合材料,具體步驟如下:
- 基體打印:首先通過 FDM 打印出表面具有一定孔洞的聚醚醚酮基體,這些孔洞由填充率進行控制。
- 填充固化:然后再配制好環氧樹脂粘結劑,加入一定量石墨之后,通過注射的方式填充到聚醚醚酮基體內,最后進行熱固化。
研究結果表明:
- 隨著填充率的改變,摩擦系數及其磨損率也隨之改變。
- 在同一填充率下,不同的石墨含量也會導致摩擦學性能發生變化。
采用這種方法可以實現鑲嵌式聚合物基復合材料的制造,不僅實現了技術上的創新,并且實現了材料的優化替代。

三、光固化 3D 打印聚醚醚酮低聚物的合成與性能研究
為了提高 3D 打印 PEEK 零件的精度,我們開展了光固化聚醚醚酮低聚物的合成研究:
- 低聚物合成:通過烯丙基雙酚 A、六氟雙酚 A 和甲基丙烯酸異氰基乙酯成功合成了可用于光固化 3D 打印的聚醚醚酮低聚物。通過 FT - IR、XRD 和 1H NMR 分析,證實光固化聚醚醚酮低聚物被成功合成。
- 性能測試:通過熱分解和溶解性測試表明,合成的 PEEK 低聚物可溶于 NMP、NVP 以及 TMPTA 等化學溶劑,其最大分解溫度為 400℃。
- 墨水配制與性能:之后,通過 TMPTA 和 TPGDA 配制了光固化聚醚醚酮墨水。結果表明,光固化聚醚醚酮表現出良好的機械性能和熱穩定性。
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