Przejdź do treści

Comparison of thermal and fire properties of PLA-based composites based on FDM printed graphite/molybdenum disulfide and siloxene

W niniejszym badaniu przedstawiono opracowanie i charakterystykę zaawansowanych kompozytów na bazie polilaktydu (PLA), zaprojektowanych w celu poprawy przewodnictwa cieplnego i odporności ogniowej w zastosowaniach druku addytywnego (AM, Additive Manufacturing). Z wykorzystaniem technologii modelowania metodą osadzania topionego (FDM, Fused Deposition Modeling) wzmocniono kompozyty dodatkami: grafitu (G), disiarczku molibdenu (MoS₂) oraz siloksenu (S) w różnych stężeniach napełniacza. Szczególną uwagę poświęcono wpływowi niedoskonałości strukturalnych charakterystycznych dla procesu FDM, takich jak mikroszczeliny i porowatość, na właściwości funkcjonalne wydrukowanych materiałów. Do kompleksowej analizy zastosowano zestaw technik badawczych, obejmujących skaningową mikroskopię elektronową (SEM), spektroskopię w podczerwieni z transformacją Fouriera (FT-IR), dyfrakcję promieni rentgenowskich (XRD), spektroskopię Ramana, kalorymetrię różnicową skaningową (DSC), analizę termograwimetryczną (TGA), ocenę gęstości, pomiary dyfuzyjności cieplnej metodą zmodyfikowaną Angströma oraz kalorymetrię stożkową (cone calorimetry). Pozwoliło to na szczegółowe poznanie mikrostruktury, właściwości cieplnych i zachowania w warunkach zapłonu badanych kompozytów. Pomimo obecności defektów strukturalnych wynikających z procesu FDM, kompozyty o najwyższej zawartości grafitu i disiarczku molibdenu (G15/M2) wykazały wzrost dyfuzyjności cieplnej o 44% oraz poprawę przewodnictwa cieplnego o 40% w porównaniu z czystym PLA. Z kolei kompozyty oparte na siloksenie (S2.5) wykazały obniżone właściwości transportu cieplnego, co wskazuje na ich potencjalne zastosowanie jako materiałów termoizolacyjnych. Testy odporności ogniowej wykazały opóźnienie momentu maksymalnego wydzielania ciepła (pHRR) oraz znaczne obniżenie całkowitego wydzielania ciepła (THR) w próbkach zawierających napełniacze, szczególnie w przypadku G15/M2 i S2.5. Ponadto synergiczne działanie grafitu i disiarczku molibdenu istotnie zmniejszyło całkowitą emisję dymu (TSR), podczas gdy wyższe stężenia siloksenu prowadziły do zwiększonej produkcji dymu. Uzyskane wyniki podkreślają podwójne korzyści funkcjonalne możliwe do osiągnięcia poprzez odpowiedni dobór rodzaju i stężenia napełniacza, co otwiera drogę do projektowania zaawansowanych materiałów do druku addytywnego o zwiększonej przewodności cieplnej i odporności ogniowej. W dalszych badaniach należy skoncentrować się na udoskonaleniu parametrów procesu FDM, aby zminimalizować defekty mikrostrukturalne i zmaksymalizować właściwości użytkowe kompozytów przeznaczonych do zastosowań inżynierskich

Artykuł:

International Journal of Heat and Mass Transfer

Autorzy z PW:

Tomasz Gołofit, Anna Dużyńska 

Rok wydania: