來源：復合材料學報
作者：彭銘宇, 劉書航, 魏子堯, 馮曉穎, 盧銘鑫, 李岱恒, 許杰, 高峰*
單位：西北工業大學　材料學院，凝固技術國家重點實驗室

目的
鈦酸鍶鋇（BST）/聚偏氟乙烯（PVDF）基功能復合材料因其出色的介電可調性和機械加工特性而引起了學者的廣泛關注。然而通過傳統的流延成型工藝制備的BST/PVDF復合材料難以成型復雜形狀，極大限制了其應用。為解決這一問題，本文采用熔融沉積增材制造工藝（FDM）制備BST/PVDF-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）復合材料，通過正交實驗設計探索制備工藝參數對復合材料體積變化率、密度、介電性能和力學性能的影響規律，優化工藝常數。

方法
以20 vol% BST、64 vol% PVDF和16 vol% ABS為原料，首先使用KH550和30wt%H2O2對BST粉體進行表面處理從而改善陶瓷/聚合物的界面相容性。隨后將BST粉體與PVDF、ABS通過球磨混合，得到BST/PVDF-ABS復合粉體。將復合粉體放入雙螺桿擠出機中，調整擠出參數得到BST/PVDF-ABS復合線材。以復合線材為原料，按照正交實驗設計表制備不同工藝參數（打印溫度、平臺溫度、打印速度）的樣品，通過正交實驗極差分析和方差分析確定優選的工藝參數組合，對優選組別進行介電性能和力學性能測試，從而得到最佳工藝參數。
 

結果
正交實驗結果表明：①對體積變化率的極差分析得出打印參數對體積變化率的影響依次為：打印溫度＞打印速度＞平臺溫度，最佳工藝參數為打印溫度為240℃，平臺溫度為90℃，打印速度為50 mm/s，但方差分析中平臺溫度和打印速度的均方和都小于誤差列，結果也無法證明某一打印參數對體積變化率影響具有顯著性。②對相對密度的極差分析得出打印參數對相對密度的影響依次為打印溫度＞打印速度＞平臺溫度，最佳工藝參數為打印溫度為240℃，平臺溫度為80℃，打印速度為30 mm/s，方差分析結果表明打印溫度對相對密度影響顯著。根據兩組正交實驗分析結果得出最佳打印溫度為240℃，通過對優選組別進行介電性能和力學性能測試確定最佳平臺溫度和打印速度，結果表明：①相同的打印溫度下，打印速度的增加會降低實際打印擠出量，造成樣品相對密度下降。②相同的打印溫度下，更高的平臺溫度（100℃）和更低的打印速度（30 mm/s）相互配合，有利于聚合物熔融充分和層間愈合，從而提高材料的介電性能。③對力學性能而言，體積變化率同樣十分重要，體積變化率對力學性能的影響主要體現在低的體積變化率往往意味著打印樣品具有更規則的尺寸結構，可有效降低拉伸測試過程中因樣品翹曲、變形引起的應力集中。

結論
① 通過正交實驗設計和極差分析，表明打印溫度為240℃時，樣品呈現出更高的尺寸穩定性和相對密度，FDM工藝參數的重要度依次為：打印溫度＞打印速度＞平臺溫度。②優化出BST/PVDF-ABS復合材料的FDM最佳制備工藝參數：打印溫度為240℃，平臺溫度為100℃，打印速度為30 mm/s。采用該工藝參數制備出的復合材料介電常數為11.20，介電損耗為0.0138，拉伸強度為35.03 MPa，有望用于航空航天結構-功能一體化可調諧部件。

作者團隊簡介
第一作者
彭銘宇
彭銘宇，碩士，研究方向為BST/polymer介電復合材料。

通信作者
高峰
高峰，博士，教授，博士生導師，研究方向為有機/無機介電功能復合材料的制備與性能。

引用格式：
彭銘宇, 劉書航, 魏子堯, 等. FDM增材制造BST/PVDF-ABS復合材料的正交實驗研究[J]. 復合材料學報, 2025, 42(3): 1644-1652.

(責任編輯：admin)

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