主要包括以下结论:
(1)长径比较高的短碳纤维与石墨都会沿着打印路径方向取向,片层状的石墨间杂分布在短碳纤维之间。
(2)随着正压力的增大,填料取向之后材料不同表面的摩擦磨损性能有较大差异。其中与填料取向平行的表面在12N以下的正压力下,呈现出最稳定的摩擦表现,其摩擦系数保持在0.25以下和比磨损率维持在10-17mm 3(Nm)量级。相比较而言,与填料取向垂直的表面则出现随正压力增大,摩擦系数和比磨损率大幅增长。
短切碳纤维分散液不同粘度下对短切碳纤维取向状态的影响
(3)转移膜的稳定与否是造成这种差异的直接原因,而填料的取向性影响转移膜的稳定性。扫描电镜形貌图表明,填料取向垂直于测试面时,短碳纤维容易形成一端包埋在基体而另一端裸露的形态,会刮落形成的转移膜或截断形成硬质的磨粒;而填料取向平行于测试面时,会经历短碳纤维磨薄、断裂、剥离的过程,极大提高材料的耐磨性能。
(a)填料取向沉积的示意图;(b)填料取向的三角形蜂窝结构的光学图像
(4)通过组合填料的取向,可以进一步提升材料在高正压力下的表现。我们所设计的T型组合形式,在正压力15N的情况下,当平行部分的厚度到垂直部分厚度的1/10时,摩擦系数呈现出稳定的低值,比磨损率相较于单一取向的样品下降2个数量级,达到l(T17mm3/(Nin)量级。这种有效的取向组合方式可以通过3D打印路径的规划,应用于具有复杂截面形状的部件中。