Исследование ученых Пермского национального исследовательского политехнического университета определило модуль упругости, предел прочности при растяжении и вязкость разрушения образцов АБС с различными наполнителями — короткими волокнами углерода, стекла и базальта. Образцы созданы методом экструзионной 3D-печати с различными диаметрами сопла и заполнениями.

Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) — один из самых популярных материалов, из которого создают детали салонов и кузовов в автомобильной промышленности, корпусы электроники и бытовой техники, канцелярские товары, игрушки, мебельную фурнитуру. Популярность АБС обусловлена ценовой доступностью, но недостаточная прочность и сопротивление деформациям под нагрузками препятствуют применению в сложных инженерных приложениях. С помощью 3D-печати и армирования АБС можно сделать крепче и долговечнее. Ученые ПНИПУ выяснили, как на механические характеристики АБС влияет наполнение волокнами различных материалов, сообщает пресс-служба ПНИПУ.

Среди прочего акрилонитрилбутадиенстирол активно применяют в аддитивных технологиях. Этот вид пластика можно модифицировать добавлением коротких волокон. В сравнении с обычными материалами такие композиты подходят для более широкого спектра задач за счет повышенных физико-механических характеристик — улучшенной прочности на растяжение, жесткости, ударной прочности, размерной точности, термо- и химической стойкости.

У каждого вида волокна есть уникальные свойства и преимущества. Например, добавление углерода приводит к повышенной жесткости и высокому соотношению прочности к весу. Углеродные волокна отличаются электропроводностью и могут применяться для рассеивания статического электричества. Хотя такой вид наполнителя дает уникальные эксплуатационные характеристики, он, как правило, стоит дороже, чем другие армирующие агенты. Стеклянные и базальтовые волокна обеспечивают баланс между производительностью и ценовой доступностью, что делает их более привлекательным выбором для многих применений.

Политехники оценили механические свойства образцов в ходе серии испытаний на растяжение и изгиб. Ученые исследовали внутренние микроструктурные характеристики композитов и обнаружили, что использование нити из АБС с добавлением коротких армирующих волокон может увеличить модуль упругости и предел прочности при растяжении более чем в 1,7 и 1,5 раза соответственно. Образцы из угленаполненного АБС при этом значительно превосходят по трещиностойкости материалы, армированные стеклом и базальтом.

«Диаметр сопла был одним из наиболее важных параметров, которые влияют на механические характеристики образцов. Максимальная прочность достигнута при использовании сопла диаметром 0,8 мм для всех типов наполнителей. Использование армированного АБС при трехмерной печати позволит увеличивать прочность изделий на 60%», — рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук Михаил Ташкинов.

Ученые Пермского политеха получили новые данные относительно жесткости и прочностных свойств образцов, армированных различными короткими волокнами, а также определили оптимальные параметры контроля и улучшения свойств деталей из АБС с волоконными наполнителями.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Polymers.

Источник