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随着科技的进步及社会个性化的需求,三维打印(Three Dimensional Printing,3DP)在众多领域得到广泛应用,包括航空、医药、电子器件、建筑、食品和汽车行业。其中,熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)由于操作简单,节约成本,成型周期短等优点成为3D打印中重要的成型方式之一。但是,FDM成型过程依靠熔丝之间层层堆积粘结,所得制品的力学性能与传统的注塑、模压相比较差。纳米填料具备优异的刚性、热性能及尺寸稳定性,少量添加即可提高材料的机械性能且对塑料加工流动性影响较小。基于此,本论文以ABS树脂为基体,选用了多种纳米填料对ABS进行改性,系统研究了纳米复合材料的FDM打印性能、力学性能、热性能及微观形貌。首先对比了注塑、模压和熔融沉积三种成型方式对ABS塑料结构和性能的影响。结果表明,FDM独特的成型方式导致材料的力学性能及密度均低于传统的注塑和模压工艺,试样拉伸强度为注塑样品的70%左右,且制品内部存在微观孔隙。利用正交实验优化打印速度、层厚、光栅角度、构建取向等工艺参数,力学测试结果表明层厚为0.1mm时,水平方向打印时试样力学性能最好,而竖直打印时性能最差。改变构建取向,ABS材料FDM成型试样具有明显的力学向异性。选用纳米二氧化硅(SiO2)、蒙脱土(MMT)、多壁碳纳米管(MWCNTs)和碳酸钙(CaCO3)填充改性ABS,经熔融挤出得到直径为1.75±0.05mm的挤出线材用于3D打印。结果表明,无机填料的加入降低了ABS的力学向异性,改善了材料的力学性能和热稳定性,缩小了FDM与注塑成型工艺之间的差距。1wt%MMT的加入使ABS的拉伸强度和弯曲强度分别增加了25.7%和17.1%;CaCO3的加入使ABS拉伸向异性从42.1%减小到23.9%。另外,纳米填料的加入改善了ABS塑料3D打印制品的翘曲收缩性能。作为一种环境友好型生物质材料,纳米微晶纤维素(CNC)具有长径比大、强度模量高等优点,因而作为绿色增强填料应用于高分子材料中具有较大的发展潜力。本文利用硫酸水解微晶纤维素(MCC)制备的CNC具备纤维素典型的I型结构,外观呈棒状,长度约300nm,粒径约10nm,结晶度达到71.2%。热重分析表明CNC具有较差的热稳定性,很难用于热塑性高分子的熔融加工。为了改善CNC的热稳定性,论文以正硅酸乙酯(TEOS)作为硅源前驱体,采用溶胶—凝胶法制备出新型纳米纤维素杂化体(Hybrid)。X射线能谱仪(EDS)测得杂化体中Si的原子百分含量为2.99%。热分析表明Hybirid的起始分解温度和最大热失重的温度较CNC分别提高了52℃和22℃。将四种填料Hybrid、CNC、TEOS法制备的SiO2和SiO2粉体直接掺混CNC制备的复合料MCS改性的ABS材料进行对比,结果表明,Hybrid增强改性ABS的3D打印性能优于其他填料,界面改性剂KH570和ABS-MAH对ABS/Hybrid纳米复合材料的增容效果最为明显,与增容改性前相比,KH570和ABS-MAH改性的复合材料冲击强度涨幅分别达到43%和26%。当Hybrid用量为3wt%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度最佳,比纯ABS树脂分别提高了7.1MPa和6.5MPa。同时,Hybrid的引入在一定程度上提高了复合材料的耐热性,且有效改善了ABS塑料的打印效果,降低了打印件的收缩率和翘曲度,增大了层粘结强度。