Армированные углеволокном композиционные материалы, полученные по технологии FDM
https://doi.org/10.35164/0554-2901-2025-02-16-19
Аннотация
В исследовании представлены результаты оценки влияния коэффициента компенсации потока материала и укладки волокна при FDM-печати с использованием непрерывного углеродного волокна, пропитанного расплавом термопласта ПА-6, на физико-механические свойства композитов. Установлено влияние уложенных структур непрерывного углеволокна и твердости материала филамента на межслойную адгезию в условиях сдвиговых нагружений и при отрыве. Полученные данные были использованы для проведения моделирования с применением пакета APM FEM с целью оценки эквивалентного напряжения по Мизесу. Результаты показывают, что увеличение коэффициента компенсации потока материала при печати слоя на поверхности волокна до 105% позволяет повысить прочность соединения углеволокна с термопластичным полиуретаном.
Ключевые слова
FDM-печать,
композиционные материалы,
непрерывное углеволокно,
термопластичный полиуретан,
адгезия,
коэффициент компенсации потока
При поддержке: Исследование выполнено за счет средств программы развития ВолгГТУ «Приоритет 2030», в рамках научного проекта № 1/656-24.
Об авторах
Е. С. Бочкарев
Волгоградский государственный технический университет
Россия
Россия
Волгоград
А. В. Дроботов
Волгоградский государственный технический университет; ООО «Стереотек»
Россия
Россия
Волгоград
И. С. Торубаров
Волгоградский государственный технический университет; ООО «Стереотек»
Россия
Россия
Волгоград
А. Н. Дынин
Волгоградский государственный технический университет
Россия
Россия
Волгоград
О. О. Тужиков
Волгоградский государственный технический университет
Россия
Россия
Волгоград
М. А. Ваниев
Волгоградский государственный технический университет
Россия
Россия
Волгоград
Список литературы
1. Симамура, С. Углеродные волокна / под ред. С. Симамуры; пер. с яп. канд. физ.-мат. наук Ю.М. Товмасяна под ред. канд. техн. наук Э.С. Зеленского. М.: Мир, 1987. 304 с.
2. Симонов-Емельянов И.Д., Шалгунов С.И. Построение структур армированных полимерных композиционных материалов в обобщенных и приведенных параметрах, свойства и методы переработки в изделия // Пластические массы. 2022. №1–2. С. 5–9. DOI: 10.35164/0554-2901-2022-1-2-5-9.
3. Ефремов А.А., Кульков А.А., Даштиев И.З. Исследование технологических параметров изготовления полимерного композиционного материала на основе арамидных волокон и полиуретановых связующих методом мокрой намотки // Пластические массы. 2023. №7–8. С. 12–17. DOI: 10.35164/0554-2901-2023-7-8-12-17.
4. Chacon J.M., Caminero М.А. et al. Additive manufacturing of continuous fibеr reinforced thermoplastic composites using fused deposition modelling: effect of process parameters on mechanical properties // Compos. Sci. Technol. 2019. V. 181. P. 107688. DOI: 10.1016/j.compscitech.2019.107688.
5. Александрова Д.С., Богдановская М.В., Егоров А.С., Выгодский Д.С. Создание новых композиционных материалов для 3D-печати на основе полиимидных связующих и непрерывного углеродного волокна // Труды Крыловского государственного научного центра. 2021. №S2. С. 97–107. DOI:10.24937/2542-2324-2021-2-S-I-97-107.
6. Wei C. Qiuju Zhang, Han Gao and Ye Yuan. Process Evaluation, Tensile Properties and Fatigue Resistance of Chopped and Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites by 3D Printing // JRM. 2022. Vol. 10, N2. P. 329–358. DOI:10.32604/jrm.2022.016374.
7. Liu S., Li Y., Li N. A novel free-hanging 3D printing method for continuous carbon fiber reinforced thermoplastic lattice truss core structures // J. Materials and Design. 2017. N137. P. 235–244. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.10.007.
8. Hao W., Ye L., Hao Z. et al. Preparation and characterization of 3D printed continuous carbon fiber reinforced thermosetting composites // J. Polymer Testing. 2018. N65. P. 29–34. DOI: 10.1016/j.polymer-testing.2017.11.004.
9. Hongyuan Z, Xiaodong Liu, Wei Zhao, Gong Wang, Bingshan Liu. An Overview of Research on FDM 3D Printing Process of Continuous Fiber Reinforced Composites // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2019. V. 1213. P. 11. DOI:10.1088/1742-6596/1213/5/052037.
10. Торубаров И.С., Дроботов А.В., Плотников А.Л., Гущин И.А. Развитие технологии 3D печати с армированием непрерывным волокном // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2021. №8 (255). С. 81–86. DOI: 10.35211/1990-5297-2021-8-255-81-86.
11. Торубаров И.С., Дроботов А.В., Плотников А.Л. Исследование адгезии между матрицей и армированием из непрерывного углеволокна в аддитивной технологии послойного наплавления материала // СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2024. 674 c.
12. Kabir S.M.F, Mathur K., Seyam A.M. A critical review on 3D printed continuous fiber reinforced composites: history, mechanism, materials and properties // Composite Structures. 2019. Р. 56. DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.111476.
13. Tian X., et al. Interface and performance of 3D printed continuous carbon fiber-reinforced PLA composites // Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 2016. V. 88. P. 198–205. DOI: 10.1016/j.composite-sa.2016.05.032.
14. Oztan C., Karkkainen R., Fittipaldi M., et al. Microstructure and mechanical properties of three dimensional-printed continuous fibre composites // J. Compos. Mater. 2019. N53. P. 271–280. DOI:10.1177/0021998318781938
15. Klift F., Yoichiro K., Todoroki A., Ueda M. et al. 3D Printing of Continuous Carbon Fibre Reinforced Thermo-Plastic (CFRTP) Tensile Test Specimens // Open Journal of Composite Materials. 2016. N6. P. 18–27. DOI:10.4236/ojcm.2016.61003.
16. Ершов С.В., Кузнецов В.Б., Никифорова Е.Н., Суворов И.А., Козлова Н.Б., Калинин Е.Н. Численная параметризация структурной 3D геометрии армирующей компоненты композита на волокнистой капиллярно-пористой основе // Пластические массы. 2023. №9–10. С. 12–14. DOI: 10.35164/0554-2901-2023-9-10-12-14.
17. Злобина И.В., Бекренев Н.В., Егоров А.С., Алукаев Т.М. Влияние электрофизических воздействий на прочность при изгибе отвержденного монослоя, армированного непрерывным углеродным волокном // Пластические массы. 2023. №9–10. С. 21–25. DOI: 10.35164/0554-2901-2023-9-10-21-25.
18. Zhou S., Huang J., Zhang Q. Mechanical and tribological properties of polyamide-based composites modified by thermoplastic polyurethane // Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2012. V. 27(1). P. 18–34. DOI:10.1177/0892705712439565.
Рецензия
Для цитирования:
Бочкарев Е.С., Дроботов А.В., Торубаров И.С., Дынин А.Н., Тужиков О.О., Ваниев М.А. Армированные углеволокном композиционные материалы, полученные по технологии FDM. Пластические массы. 2025;(2):16-19. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2025-02-16-19
For citation:
Bochkarev E.S., Drobotov A.V., Torubarov I.S., Dynin A.N., Tuzhikov O.O., Vaniev M.A. Carbon fiber reinforced composite materials produced using FDM technology. Plasticheskie massy. 2025;(2):16-19. (In Russ.) https://doi.org/10.35164/0554-2901-2025-02-16-19
Просмотров:
79
Послать статью по эл. почте 
