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废弃塑料用于制造3D打印部件

来源:材料科技在线 发表时间:2018-04-16 37
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在战场上最常见的废弃物之一便是水瓶和包装袋等PET塑料,美国和联军部队会生产大量这种废弃物。近日,美国陆军研究实验室和美国海军陆战队之间的合作研究表明,用过的塑料水壶对军队来说可能有很大用处。

美国陆军研究实验室和美国海军陆战队合作研究使用废弃塑料(例如水瓶,牛奶壶和酸奶瓶)来制备士兵在战场上可能需要的3D打印部件。图示为美国陆军研究实验室的Nicole Zander博士向美国海军陆战队上尉Anthony Molnary演示制备过程(图源:美国陆军/ Jhi Scott)

美国陆军研究实验室(ARL)的研究员Nicole Zander和美国海军陆战队上尉Anthony Molnar负责领导这项研究。到目前为止,研究者们已经能用100%的从塑料瓶子或塑料容器中回收的废弃塑料制造3D打印的长丝,而不需要任何化学改性或添加剂。

Zander表示,尽管PET塑料在许多应用中被广泛使用,但由于其熔融温度高,吸水性和结晶性问题而不能广泛用作熔融丝制造(FFF)的原材料,因为这会使制备过程变得困难。 “就机械性能而言,熔融丝制造中使用的大多数聚合物的总体强度在30至100 MPa之间,而再生PET的平均强度为70 MPa,因此再生PET可能是合适的3D打印原料,”Zander解释说。

研究者们在实验室中对用回收PET塑料制备的3D打印细丝进行了单向拉伸试验和三点弯曲试验。通过这些实验我们发现,这些PET3D打印细丝竟然和已经商业化的细丝具有同样的强度。此外,研究者们还制作了一个定制的测试装置来测试一个以回收PET为原料制作的3D打印的无线电支架(一个长期的军事项目)。在相同的负载下,用回收PET塑料制成的无线电支架与用商业ABS细丝制成的支架的能力表现相当。因此,回收PET制备的3D打印细丝有望在制备各种塑料部件时,代替商业丝材。

Thermo Fisher公司(陆军用于生产灯丝的设备制造商)的业务开发经理Steve Post表示,这是一份关于可持续发展的有力声明。他说:“军队在这个申请上确实考虑到了这个问题,因为它把一个麻烦的废物变成了宝贵的资源。”

除了机械测试外,研究者们还对再生塑料进行了化学分析,热稳定性测试和许多其他测试。 “即使对于相同的聚合物类型,再生聚合物也会具有各种不同的添加剂,填料和染料,并且可能经历了不同的加工条件,”Zander说。

为了更好地了解不同的再生塑料原料以及这些材料的最佳性能,研究者们还对其进行了化学分析,热学分析和机械性能分析。

研究人员表示,这项工作的出发点是通过使军队在部署时进行维修并减少对后勤供应链的依赖性,来提高作战人员的作战能力和战备能力。目前,Zander和Molnar正在建造一个可移动回收设施,以便士兵能够将废弃塑料转换成3D打印原料。

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