纖維復合材料通常通過模塑或擠出方法形成部件，對熱穩(wěn)定性有一定要求，因此開發(fā)了短纖維增強復合材料來增強熱穩(wěn)定性。然而，由于缺乏對材料特性了解和數(shù)據(jù)支持，導致處理不當；在操作過程中產(chǎn)生的材料退化不僅增加了成本，而且降低了部件的質(zhì)量。Kazi Md Masum Billah用短碳纖維(ABS/CF)和玻璃纖維(ABS/GF)填充的復合ABS和純ABS和進行了研究和熱力學表征，通過TA熱分析儀器收集大量數(shù)據(jù)可用于在不降低材料性能的情況下加工，并在未來實現(xiàn)高質(zhì)量的零件。還通過熱重分析研究了其降解行為；通過差示掃描量熱法(DSC)分析玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和比熱來了解純材料和復合材料的散熱情況。雖然DSC測得的Tg沒有顯著差異，但動態(tài)力學分析表明，由于聚合物鏈遷移受阻，ABS/CF中的Tg升高。此外,ABS/CF和ABS/GF的機械剛度比純ABS分別提高了272%和84%。熱力學分析表明：ABS/CF在轉(zhuǎn)變溫度前后的變形行為，表明ABS/CF在高溫下保持形狀的熱穩(wěn)定性高，其次是ABS/GF和純ABS。此研究結(jié)果可用于大型制粒機的建模和開發(fā)工藝參考。

研究內(nèi)容

研究使用了三種不同的材料，純ABS, 另外兩種材料為短CF增強ABS(ABS/CF)和短GF增強ABS (ABS/GF)，短CF和GF的長度在50-500μm范圍內(nèi)。

TA TGA 55                         

實驗結(jié)果

采用熱重分析(TGA)研究了纖維含量對ABS復合材料的影響。圖2為三種材料的的TGA熱像圖。觀察到兩個主要的失重階段。第一個階段開始于300℃，在450℃左右結(jié)束，對應于ABS聚合物的結(jié)構(gòu)分解。第二階段開始于450°C左右，在550°C左右結(jié)束，這表明殘留物的燃燒。Suzuki等人于1995年解釋了ABS的兩步降解，通過TGA和FTIR測量相結(jié)合得出結(jié)論，丁二烯在340℃開始降解，苯乙烯在350℃降解，單體丙烯腈在400℃開始降解。隨著ABS中纖維含量的增加，降解或分解的步驟并沒有改變，這就產(chǎn)生一個問題:在ABS基體中，短纖維對熱穩(wěn)定性的貢獻是什么?在材料制造中，材料的熱穩(wěn)定性，結(jié)合形狀保持和擴散，對于獲得所需的打印物體分辨率非常重要。

圖3. ABS與ABS基復合材料的 (a)溫度掃描量熱圖(b)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比較

表1. 純ABS和纖維增強ABS在80℃時的比熱(Cp)值

隨后研究人員又利用TA進行了熱機械分析（TA TMA Q400）和動態(tài)熱機械分析（TA DMA 850）并得出以下結(jié)論：

1）DMA表征表明，纖維填充ABS的散熱、粘彈性和玻璃化轉(zhuǎn)變等溫度相關(guān)性能得到改善，ABS/CF的剛度值較高表明其具有較高的散熱能力和高粘性，因此需要相對較高的加工溫度。

2）TMA結(jié)果反映了平行和垂直于纖維方向的變形行為。擠壓方向取向?qū)TE值有顯著影響。在TMA熱像圖中，在玻璃化過渡區(qū)前后出現(xiàn)了兩種不同的變形。在純ABS的情況下，轉(zhuǎn)變前的變形CTE值明顯較小，而轉(zhuǎn)變后的變形CTE值較大，這表明纖維降低CTE的必要性和重要性。

以上研究都是都過TA熱分析儀器進行分析，通過一系列熱力學表征了解復合材料的性能，優(yōu)化復合材料參數(shù)。另外，TA儀器還包含流變、同步熱、微量熱等產(chǎn)品線，涵蓋了廣泛的應用領(lǐng)域，可實現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的靈敏度和分辨率，以及Z佳的樣品環(huán)境相互作用。而 One-Touch-Away 界面更直觀方便，給予用戶新體驗，助力您的材料科學研究。

TA儀器

文章信息：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860420306710?via%3Dihub