聚乳酸/聚对苯二甲酸丁二酯共混物及纳米滑石复合材料的性能研究

抽象

可生物降解的聚（乳酸）（PLA）的长丝已被广泛用于在熔融沉积成型（FDM）的3D印刷技术。然而，PLA具有较低的韧性和影响可印刷性和限制了它的工业应用低热阻。In this study, PLA was compounded with 0 to 40 wt% of poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) and varied content of nano talc at 0 to 40 wt% in a twin screw extruder. The compounds were reextruded to filaments using a capillary rheometer. PLA/PBAT blends and their composite filaments were printed with a FDM 3D printing machine. Morphology, rheological behaviour, thermal characteristic, surface roughness, and mechanical property of 3D printing of the blends and the composites were investigated. Complex viscosity of the blends and the composites increased with increase of the PBAT and the nano talc contents. The incorporation of the nano talc enhanced crystallization temperature and reduced the coefficient of volume expansion of the composites. It was found that the PLA/PBAT blends and composites were excellent in both printability and dimension stability at PBAT content 10-30 wt% and nano talc up to 10 wt%. Interestingly, it was possible to print the composite filaments at an angle up to 75° during the overhang test without a supporter. From the vertical specimens, the surface roughness improved due to the incorporation of the nano talc. Tensile strength of the blends and the composites decreased, whereas elongation at break increased when the PBAT and the nano talc contents were increased. The reduction of tensile strength was attributed to agglomeration of the PBAT dispersed phase and less adhesion between the nano talc and the matrix. It can be noted that the composite 3D printing product showed superior elongation at break up to 410% by adding nano talc 1 wt%. This result suggests that the ductile 3D printable PLA/PBAT blend and the PLA/PBAT-nano talc composite products can be prepared, which shows potential for the commercialized scale.

1.简介

3D打印技术因快速成型技术而流行，快速成型技术是利用计算机辅助设计软件进行无模具的柔性设计[1-9]。到目前为止，在各种应用中的3D打印技术的发展，还需要如在医疗行业中的小零件或伪器官，新的时尚服装在纺织行业，以及汽车和建筑部件[2-4，10个，11个]。有各种类型的3D印刷技术，根据目的和材料的选择，其是可用的。熔融沉积成型（FDM）被广泛地用于在3D印刷技术的聚合物材料[1-14个]. FDM三维打印中的结构制作是通过逐层沉积挤出熔融的热塑性长丝来完成的[五-9，德意志北方银行-16个]。然而，3D的印刷技术处理具有低的机械性能，较长的处理时间，冲突的大量生产的规模，尺寸稳定性差，由于热引起的体积收缩率，和材料的热变形[缺点2，3]。因此，在FDM 3D打印技术中，3D打印机器、软件程序、3D打印材料等的开发仍然是开放的。3D打印技术中最常用的热塑性长丝是聚乳酸(PLA)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，它们分别来自生物基和石油基资源[3，4]。由于全球性的环境问题，生物降解塑料和可降解塑料正在成为未来社会可持续发展的关键材料。因此，生物降解塑料在3D打印中的材料开发和加工性能优化，特别是PLA，在各个工业领域都有很好的应用前景[2-6，德意志北方银行-15个]。然而，PLA以其脆性、低断裂伸长率、低冲击强度、缓慢结晶和低热变形温度而闻名。聚合物共混物和复合材料的掺入可以克服聚乳酸[17岁-26个]。

聚（己二酸丁二醇酯 - 共 - 对苯二甲酸酯）（PBAT）是可生物降解的共聚物，其可被微生物降解。PBAT具有与高伸长率延性性能优异的在热稳定性和断裂优良[20个]. PLA/PBAT共混物具有较高的机械强度，提高了PBAT的韧性和柔韧性，是一种非常理想的材料[18岁-20个]。因此，PBAT被认为是一个很好的候选人增强PLA [延性20个-24个]。PBAT柔性好，韧性好，但在3D打印过程中可能会失去尺寸稳定性[25个]. 此外，大多数3D打印技术需要适当的添加剂和填料来控制3D打印产品的可打印性和质量[14个]。添加填料可降低热收缩率，翘曲性，和常规的热塑性材料的边缘[卷曲3]。滑石粉是PLA最有用的矿物填料之一，尤其在高温应用场合。Cicala等人公布了用于FDM的三种不同商用PLA纤维的测试结果[14个]。通过印刷与悬垂特征的复杂的形状进行本报告中所述的测试方法。他们发现，最好的打印质量与矿物填料的存在观察。周某等人。研究了从PBS /滑石复合长丝三维打印的制备。[27个]。一些报告显示，滑石充当解放军结晶成核剂。的滑石增加刚性和粘性和掺入改善了的热稳定性和复合材料的热变形温度，这将支持的尺寸稳定性在3D印刷[26个-30个]。

在这项研究中，来自PLA，PBAT和纳米滑石优良韧化可生物降解的聚合物共混物复合材料的替代材料在三维印刷中制备。Herein, a quality of 3D printable filaments was evaluated by controlled diameter of 1.70 to 1.80 mm. The effects of PBAT and nano talc contents on appearances, surface finish, and properties of dumbbell and overhang 3D printing products were investigated. Mechanical properties were performed by tensile testing. Morphology observation, rheological behaviour, thermal stability, and thermal-induced volume expansion of materials, crystallization, and thermal properties were carried out in order to clarify material characteristics during 3D printing and properties of the final 3D printed products.

2.实验

2.1条。材料

聚乳酸（Luminy®聚乳酸L175）由Total Corbion聚乳酸（泰国）有限公司提供，熔体流速（MFR）3 g/10 min（190°C，2.16 kg），玻璃化转变温度( ）55-60℃，和熔点（ ）175℃。PBAT（ecoflex®F Blend C1200) was provided by BASF Japan Ltd., with MFR 2.7-4.9 g/10 min (190°C, 2.16 kg) and110-120°C。纳米滑石粉（Nano ACE，D-800）由日本新日铁滑石有限公司提供，呈白色粉末状，平均粒径为800 nm。

2.2。PLA / PBAT共混物和PLA / PBAT纳滑石粉复合材料的制备

材料在100℃的烤箱中干燥至少6小时。然后用双螺杆挤出机(KZW15TW-30MG-NH, Technovel Co.， Ltd.， Japan， )。The barrel temperatures from the hopper to the die were set at 170-200°C with the screw speed of 100 rpm. The PLA/PBAT blend and the PLA/PBAT-nano talc composite were pelletized by the pelletizer. The formulations of the blends and the composites are shown in Table1。

2.3。3D印刷丝的制备

聚乳酸/PBAT共混物和聚乳酸/PBAT-纳米滑石复合材料在100℃干燥至少6小时。采用毛细管流变仪(日本Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd. Capilograph 10)在180℃的温度下，以40mm /min的挤出速度将干燥的球团挤出成长丝。采用圆形模具制备直径为的3D打印长丝 at the constant drawing speed 1.10 m/min.

2.4条。注塑及3D打印产品的制备

The blends and the composites were prepared as a dumbbell specimen by microinjection molding (EP5 Real Mini, Nissei Plastic Industrial Co., Ltd., Japan) at the barrel temperature from 150 to 210°C and the injection speed of 5 mm/sec.

3D印刷产品具有不同的模型结构通过FDM三维打印机（达芬奇1.0 Pro中，XYZprinting公司，台湾）制造的。被设计的试样形状和模型的结构和导出为在2017年SOLIDWORKS软件标准三角语言（STL）文件类型。然后将其输出为G代码文件，如图配合由XYZware程序的FDM打印机1。在FDM 3D打印，有许多参数来控制仔细如喷嘴温度，床温度，打印速度，填充密度，壳厚度和层的高度。在该实验中，所述的印刷条件的详情示于表2。

2.5条。特征

2.5.1条。形态学观察

将样品在液氮中浸渍后断裂，然后用铂进行涂覆。样品的形态用扫描电子显微镜（SEM，JSM-6510，JEOL Ltd。，日本）检查。

利用SEM (TM3030plus, Hitachi, Ltd.， Japan)对3D打印产品的层间进行观察，明确打印行为与粘附特性之间的关系。

2.5.2。流变行为

的材料流变行为用旋转流变仪（模块化紧凑流变仪，MCR 302，安东Paar公司，奥地利）来测量。A 25 mm parallel plate was used at the frequency range of 0.01 to 1000 rad/s and the strain set at 1.0%. Complex viscosity ( ),储能模量（ ),和损耗模量( ）在210℃的温度记录为角频率的函数（ )。

2.5.3。压力 - 体积 - 温度测量

采用压力-体积-温度(PVT)系统机(Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.， Japan)在温度为30°C至230°C，恒压为10 MPa的情况下测量聚合物的热致体积膨胀。

2.5.4。热性能和结晶

采用差示扫描量热法（DSC-Q200，TA-Instruments，美国）分析了材料的热性能和结晶行为。将温度范围设置在40°C至200°C，加热和冷却速度为10°C/min。样品等温线保持5 min，以消除冷却前和第二次加热前的热历史[21岁]。

2.5.5。3D打印产品的精度和尺寸稳定性

的3D印刷产品精度和尺寸稳定性，通过执行3D打印从垂直印刷方向哑铃形状如图评价图1（b）。进行该悬垂试验片以检查悬垂印刷质量[31个]。有4个级别的突起的在30℃，45为示于图°，60°，和75°图1（c）。

2.5.6条。表面粗糙度观测

打印的垂直和水平的哑铃试件3D的表面粗糙度是通过3D光学表面轮廓测量（NewView的8300，​​ZYGO公司，USA）在通过放大倍数的物镜10倍与150扫描长度样品的中间区域 μ顶部区域尺寸m 。

2.5.7。力学性能

根据ISO 527-2type 1BA对注塑制品和3D打印制品哑铃试样的拉伸性能进行了研究[32个] by tensile testing machine (Strograph VG, Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd., Japan) at testing speed of 10 mm/min.

在位能为0.1 J时，注射成型试样的缺口夏氏冲击试验是通过数字式冲击试验机DG-IB (Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd.， Japan)按照ISO 8256标准进行的。

3.结果与讨论

3.1。PLA / PBAT共混物和滑石粉纳米复合材料的性能

3.1.1。PLA / PBAT共混物和复合形态

PLA / PBAT共混物的形态和70/30-纳米滑石复合材料被示于图2和3,分别。数据图2（a）-2 (e)present the fractured surface of the PLA/PBAT blends at PBAT contents 0-40 wt%. It can be seen that PBAT particles were dispersed on the PLA matrix, which indicated that PLA/PBAT was immiscible [33个]。所述PBAT分散相尺寸在0.6-1.2的范围内 μm，随着PBAT含量的增加，它们变得更大[33个-36个]. 然而，如图所示，分散相在PBAT含量为40 wt%时呈现出共连续结构2 (e)，这是由于PBAT [聚结33个，34个]。数据3(一个)-3（d）depict the morphology of the 70/30-nano talc composites at the nano talc content 0-10 wt%. It was found that nano talc particles, indicated by arrows in the SEM images, were distributed well on the polymer blend matrix [33个]. 与70/30共混物相比，PBAT在复合材料中的分散相尺寸变小。认为纳米滑石粉的加入阻碍了PBAT的团聚，这是由于聚合物粘度和表面张力的增加所致。因此，纳米滑石颗粒延缓了PBAT聚合过程中的传质过程[33个-35岁]。

3.1.2。PLA / PBAT共混物和纳米滑石粉复合材料的流变行为

的共混物和复合材料的流变学性质，以便确定所述的可印刷性，尺寸稳定性，和层间粘合性在3D打印过程[进行3D印刷技术7，18岁，27个]。数字4说明复杂粘度( ),储能模量（ ),和损耗模量( ）从PLA / PBAT共混物的粘弹性性能和70/30-纳米滑石复合材料。复数粘度为PLA / PBAT共混物的频率和所述复合材料表现出假塑性（剪切稀化）的函数，而整齐PLA在更高的频率表现出牛顿特性[18岁，27个]。随着PBAT和纳米滑石含量的增加，共混物的复合粘度增加，如图所示4（甲）. 如图所示，共混物和复合材料的存储模量和损耗模量也高于纯聚乳酸4（b）和4 (c). 认为PBAT分子链长而柔韧，分子纠缠导致弹性变形[五，22个]。此外，纳米滑石粉抑制了聚合物链的运动，从而诱导了熔融聚合物的刚度和固态，特别是在低频下[14个，27个，37个-39个]. 纳米滑石粉的精细分布及纳米滑石粉与聚合物基体的相互作用对复合材料储能模量的影响[五]。此外，从图4（b）在低频下，70/30和60/40共混物的储存模量的小平台表明，由于在低频松弛过程中的高度缠结，弹性向橡胶状流动的变化[38个]. 纯聚乳酸复合粘度的下降和储能模量的突然下降可能是由于聚乳酸链在测试温度（210°C）下的劣化引起的[6]。复数粘度的程度会通知打印性能。蝉等。报告说，低粘度和材料的弹性导致流和被下降印刷质量差层沉积的滴[14个]。相反，高粘度的聚合物打印困难，导致从喷嘴流出的流动不一致[7]。卡塔尼等。发现他们的打印作业，以高粘度和尺寸不稳定[失败，由于6]。因此，聚合物长丝粘度必须适中以获得成功的FDM加工条件[6]。因此，PBAT对共混物和复合材料的流变行为纳米滑石粉含量的影响，并能解释他们的3D打印产品的尺寸稳定性。

3.1.3条。比体积和体积膨胀系数

的PLA / PBAT共混物和复合材料的特定体积通过测量PVT在与温度变化恒定压力进行分析。的PVT测量的结果，即，该特定体积和体积膨胀系数，显示在图五。如图共混物的具体量和复合材料在升高的温度上升5(一个)和图5（b）. 比体积值随PBAT的加入而增加，如图所示5(一个)，这是由于聚合物链的移动性的增加。On the contrary, the addition of nano talc decreased the value of specific volume in the composites, and the value drastically dropped at higher contents of nano talc from 5 wt% to 40 wt% as presented in Figure图5（b）. 结果表明，纳米滑石粉在高温下限制了70/30纳米滑石粉复合材料中聚合物链的迁移率。

线性热膨胀系数（CLTE）和体积膨胀系数的系数可以被用于通过在3D印刷技术的可印刷性确定尺寸变化[3，6，40]。在本研究中，体积膨胀系数( ）根据比体积可以估计如下方程式[40]： 哪里是在室温下的特定体积，是在比容，由于加热或冷却的变化，并且是比容变化范围内的温度差。

数据图5（c）和图5（d）分别显示PLA/PBAT共混物和复合材料的体积膨胀系数。如图所示，当PBAT含量增加时，共混物的体积膨胀系数增加图5（c）. 认为PBAT是一个长分子链，在热诱导过程中容易发生移动，从而导致较高的体积膨胀系数[41]。它可以意味着具有高导热引起的体积膨胀的材料可以占主导地位，导致尺寸稳定性差，翘曲熔融长丝的热不稳定性，和收缩在3D印刷产品[3，6]。在另一方面，所述复合材料的体积膨胀系数如在图中描绘增加纳米滑石含量下降时图5（d）。这是由于它可以防止在高温时的复合材料的膨胀纳米滑石的耐热性优良[42，43]。据报道，在三维印刷长丝加入矿物填料的体积减小膨胀系数，这对于提高可印刷性，减少翘曲，收缩，并打印在3D印刷过程中的缺陷[有助于3]。

3.1.4。注塑件的机械性能

在PBAT及注塑件的机械性能的纳米滑石含量的影响已经为了阐明PLA / PBAT共混物和用于3D打印过程中的纳米滑石含量之间的比例进行了研究。数字6和桌子3展示PLA/PBAT共混物和复合材料的拉伸和冲击性能。

从图图6（a）和桌子3随着PBAT含量的增加，PLA/PBAT共混物的拉伸强度和杨氏模量降低，断裂伸长率增加。PBAT的高塑性、低模量和低拉伸强度是其拉伸强度、杨氏模量下降和断裂伸长率增加的主要原因[34个，38个]。在193.8％，断裂伸长率最高的70/30共混物中。然而，在60/40共混物的断裂伸长率的降低可能由于较大的分散相的尺寸以及在60/40 PLA / PBAT共混物构成的cocontinuity如图呈现2[34个]. 结果表明，70/30共混物可以与纳米滑石粉进行复合。

讨论了纳米滑石对70/30纳米滑石复合材料力学性能的影响。杨氏模量随着纳米滑石粉含量从20 wt%增加到40 wt%时显著增加，如图所示图6（a）和桌子3，这是由于纳米滑石的刚度。At the content of the nano talc 1 wt% to 30 wt%, tensile strength in the composites was lower, whereas elongation at break of the composites was higher than the 70/30 blend. These results were attributed to the less adhesion between the nano talc and the polymer blend matrix and the reduction of PBAT dispersed phase when adding the nano talc in the composites as shown in Figure3. 值得注意的是，在含有1 wt%纳米滑石粉的复合材料中，观察到了239%的最大断裂伸长率。然而，纳米滑石粉在40 wt%时，其拉伸强度和断裂伸长率均大大降低。认为纳米滑石粉具有高度的团聚性，限制了聚合物链在复合材料中的运动和填料与基体间的宏观相分离[44，45]。结果表明，聚乳酸/PBAT复合材料中纳米滑石含量的最大值应小于30% wt%，以优化材料性能。

数字6（b）描述了PLA/PBAT共混物和复合材料的冲击强度。结果表明，共混物和复合材料的冲击强度随PBAT和纳米滑石粉含量的增加而提高。这是由于PBAT的延展性以及PBAT在共混物和复合材料中分散相的减少所致[33个，45]。因此，与纯聚乳酸相比，PLA/PBAT共混物和纳米滑石复合材料能够吸收更多的能量，并具有更高的冲击强度值。

3.2。3D打印长丝生产

成功地被毛细管流变仪（垂直挤压）中制备的PLA / PBAT共混物和所述纳米复合材料的滑石的3D印刷长丝。所有丝的直径可以在的范围内控制 如图7。增加纳米滑石内容，将其从在粘度增加，并在复合材料体积膨胀系数的减小考虑当直径的偏差降低。因此，高粘度和体积膨胀系数的低值分别为用于制备和控制长丝直径特别是在毛细管流变仪的垂直流动的益处。

3.3条。3D打印产品的特性

3.3.1条。三维打印产品的尺寸稳定性和可打印性

在这项研究中，PLA / PBAT共混物和70/30-纳米滑石复合材料整齐地在水平哑铃形试样打印。因此，适印性和3D印刷产品的尺寸稳定性，从垂直哑铃以及伸出试样评价为在图呈现8和9,分别。从图8PLA/PBAT共混物的形状可保持在PBAT含量的20 wt%以内。70/30共混试样表面粗糙，60/40共混试样未完成印刷。这是由于PBAT的柔韧性和印刷温度下的体积膨胀系数较高所致。因此，这些试件在印刷品中缺乏一致性和较小的尺寸精度。相反，纳米滑石粉的加入显著改善了PLA/PBAT共混物的印刷性能，特别是60/40共混物的印刷性能，如图底线所示8。蝉等。报道，矿物填料作为补强在印刷过程中保持它们的形状印刷份〔14个]. 另外，图9展示了纳米滑石含量对70/30纳米滑石复合材料悬垂试验产品的影响。结果表明，当纳米滑石含量增加时，70/30复合材料的3D打印产品尺寸稳定性得到了明显改善。可以看出，在无支撑的情况下，即使在外伸试验角度高达75°的情况下，也可以生产出复合打印产品，这优于FDM 3D打印设计规则为45°的常规标准[14个，31个]。在70/30共混物中加入纳米滑石粉，改善了尺寸稳定性和表面特性。这是由于纳米滑石的强化，粘度的增加，体积膨胀系数的降低，从而控制了熔融长丝的稳定性[3，6，14个，27个]。

3.3.2条。3D打印产品的热性能和结晶行为

数字10个示出了PLA/PBAT共混物和70/30纳米滑石粉复合材料在纳米滑石粉含量为1-10 wt%时的DSC热图。玻璃化转变温度结果( ),冷结晶化温度（ ),熔点温度 （ ),结晶温度（ ),冷结晶焓（ ),熔化焓（ ),和结晶度( ）的3D印刷产品从冷却循环和第二加热列于表4。结晶度计算基于以下等式[17岁，18岁]： 哪里是熔化焓，是冷结晶焓，is the heat of fusion for fully crystalline PLA 93.7 J/g [18岁]，和是PLA在PLA / PBAT共混物和复合材料的重量分数。

数据10（甲）和10（b）分别描述了PLA/PBAT共混物和复合材料第一次加热时的DSC热图。观察到共混物和复合材料的冷结晶现象，说明聚合物链没有足够的时间组织和有序聚合物分子在印刷过程中结晶。而纳米滑石的加入降低了70/30纳米滑石复合材料的冷结晶温度，促进了复合材料的结晶。结果表明，复合材料的结晶温度比PLA/PBAT共混物的结晶温度要高，如图中冷却循环所示10 (c)和10 (d). 此外，如图所示，在第二次加热过程中，共混物中存在冷结晶，而在复合材料中消失图10（e）和图10（F）,分别。

表4从冷却循环和二次加热两方面总结了共混物和复合材料的热性能。结果表明，共混体系中聚乳酸结晶温度较低，PBAT的加入延缓了聚乳酸的结晶。另一方面，纳米滑石的加入提高了聚乳酸在复合材料中的结晶温度，使复合材料中的冷结晶现象消失。结果表明，纳米滑石粉改善了70/30纳米滑石粉复合材料的聚乳酸结晶，复合材料中聚乳酸的结晶度高于共混材料。认为纳米滑石作为非均相成核位点，而PBAT分散相延迟使PLA结晶[44-49]。在复合材料的熔融吸热的双峰打印成图后呈现10 (d)指示部分熔化，重结晶，和在复合材料中的晶体重熔[38个，45，49]。在复合材料中的PLA的玻璃化转变温度的增量通知聚合物链的移动性的限制，因为在添加纳米滑石的。可以注意到的是，结晶温度的升高，并在复合材料中的PLA的玻璃化转变温度通知熔融聚合物的固化更快和分别增强印刷产品，。

3.3.3。三维印刷制品的表面粗糙度

数字第一节呈现的表面粗糙度测量的扫描轮廓。三维表面粗糙度数据的评价为表面粗糙度平均值（ ）通过根据公式的Zygo的Mx软件第一节[50]。平均表面粗糙度（ ）垂直和水平的哑铃试样在图被呈现11（甲）和图11（b）分别用于PLA/PBAT共混物和70/30纳米滑石粉复合材料。在垂直印刷方向，随着共混物中PBAT含量的增加，表面粗糙度显著增加，而随着纳米滑石粉的加入，表面粗糙度急剧下降。根据PLA/PBAT共混物，从共混物体积膨胀系数的高值可以看出，在印刷条件下，共混物中熔融聚合物的体积增大。因此，熔融丝不稳定，在下一个印刷水平之前，共混物的印刷层没有足够的时间完全固化，从而导致垂直试样出现表面缺陷[2，50，51]。在水平印刷方向，共混物和复合材料的表面粗糙度低于纯聚乳酸和PLA商用长丝( )。图中PBAT含量增加，表面粗糙度降低11（甲）在图而它几乎不变添加纳米滑石时图11（b）. 认为熔化层有时间在水平印刷方向上逐层粘合固化。因此，水平试样的表面是光滑的。可以看出，PBAT和纳米滑石粉提高了水平试样的尺寸精度和表面质量[50，51]。

3.3.4。夹层之间的粘合力

由于熔融聚合物在3D打印中是逐层制备的，为了提高3D打印产品的机械性能，要求各层之间具有完整的粘合性[6]. FDM零件层间的结合是由半熔融材料的热能驱动的[9]。数字S2型展示了从横截面垂直哑铃试样观察夹层和空隙的示意图。数字S3和S4分别给出了PLA/PBAT共混物和70/30纳米滑石粉复合材料中取向层的SEM图像。数字德意志北方银行示出了中间层的SEM图像在PLA / PBAT共混物和70/30-纳米滑石复合材料在高放大倍率。空隙，其由箭头所示，可在纯PLA层，共混物和复合材料之间可以观察到。空隙的大小与如图加入PBAT更高含量明显降低图12（a）-12（c），在共混物中提供更大的接触面积[8]。相反，空隙的大小增加了纳米滑石粉内容时，如图呈现增加12（天）-12（华氏度）。结果被认为空隙的减少是由于PLA / PBAT共混物的体积膨胀系数的更高的值。因此，熔融的层印刷和增加PBAT内容时由层继续浸入层期间容易附着。在另一方面，层与层之间的空隙随纳米滑石含量增加。纳米滑石由于加入增加粘度，减小的体积膨胀系数，并增强复合材料的结晶温度，聚合物分子链的扩散被阻碍，和间层固化更快，导致细丝的减少焊接，其表现出较大的空隙和缺少层间粘合性的[3，8，14个，50]。

3.3.5。三维印刷制品的拉伸性能

三维的拉伸性能印刷哑铃试样示于表五。的共混物和复合材料的拉伸强度在水平和垂直两个哑铃试样的减少与增加PBAT和纳米滑石内容。据由于PBAT的纳米滑石和聚合物基质之间的延展性和较少的粘合性。增加PBAT的内容和纳米滑石，其占到PBAT的减小分散相尺寸和印刷层的水平试样的取向当在共混物和复合材料的断裂伸长率增加。然而，在与水平打印的复合材料的断裂伸长率在因为在复合材料中，纳米滑石的群集的高纳米滑石含量下降。与此相反，在垂直印刷方向的共混物和复合材料是因为印刷层之间的粘附性差，这可能会从垂直哑铃试样的拉伸强度[暗示难以伸长2]. 从水平印刷方向来看，这些系统的拉伸强度与商用长丝产品相当。此外，PLA/PBAT共混物和复合材料的延伸率高于表中列出的商用产品五。从结果来看，本研究制备的3D打印丝可用于FDM 3D打印技术。

4。结论

结果表明，成功制备了新型的PLA/PBAT纳米滑石粉复合材料增韧3D可印刷长丝，与纯PLA和商业3D可印刷长丝相比，具有优异的尺寸稳定性和可印刷性，并具有较高的拉伸性能。纳米滑石粉在3D打印产品的生产中起着关键作用。在70/30纳米滑石粉复合材料中，随着纳米滑石粉的加入，复合材料的复合粘度、结晶温度和结晶度增加，体积膨胀系数减小，从而提高了复合材料的尺寸稳定性、表面粗糙度和断裂伸长率。在悬垂试验中，即使在75°的角度下，也可以在没有支撑物的情况下打印PLA/PBAT纳米滑石长丝。然而，纳米滑石含量大于10 wt%的3D针状长丝具有优异的尺寸稳定性，但缺乏拉伸性能。在本研究中，PLA/PBAT纳米滑石3D可印刷长丝的最佳配方应在PBAT 10 wt%到30 wt%之间，纳米滑石1 wt%到10 wt%之间。

数据可用性

用来支持这项研究的结果的数据是可用的，请相应的作者。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

致谢

这项研究得到了JSPS资助，用于资助创新领域的科学研究，资助号为JP18H05483。作者感谢泰国巴吞万理工学院博士生奖学金对Wattanachai Prasong先生的支持。

补充材料

图S1：表面粗糙度测量的扫描轮廓。图S2：从横截面垂直哑铃形试样中间层和空隙的概略观察。图S3：在PLA / PBAT共混物的取向层的SEM图像。图S4：在取向层的SEM图像70/30-纳米滑石复合材料。（补充材料）

工具书类

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