3D-Druck von kontinuierlichen Flachsfaser-verstärkten Biokompositen für strukturelle Anwendungen

In letzter Zeit hat das Interesse an natürlichen Fasern als verstärkende Füllstoffe für polymerbasierte Filamente, die mit dem Verfahren des Fused Deposition Modeling (FDM) hergestellt werden, zugenommen, trotz ihrer moderaten mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu reinem Polymer. In der vorliegenden Arbeit wurde ein innovativer Ansatz zur Optimierung der mechanischen Eigenschaften von Biokompositen vorgeschlagen. Dieser basierte auf neuartigen kontinuierlichen Flachsfaser/PLA (cFF/PLA) Kompositfilamenten, die mit einem maßgeschneiderten Co-Extrusionsprozess hergestellt und mit einer einfachen und kostengünstigen Druckmaschine gedruckt wurden. Die Mikrostruktur des gedruckten cFF/PLA-Biokomposits wies eine homogene Verteilung des Garns im Querschnitt auf, während das verdrillte Flachsgarn zu faserreichen Bereichen im Mesoskalabereich führte. Das cFF/PLA zeigte Zugmodul- und Festigkeitswerte, die das einzige verfügbare veröffentlichte Ergebnis zu gedruckten kompakten kontinuierlichen Naturfaserkompositen um mehr als das 4,5-fache übertrafen. Die Zugfestigkeit lag im selben Bereich wie die von druckbaren kontinuierlichen Glasfaser/Polyamid (PA) Kompositen und ebnete den Weg für den Einsatz von Biokompositen in strukturellen Anwendungen. Ihr schwächstes Glied waren ihre transversalen Eigenschaften, die schlechter blieben als bei ähnlichen Flachsfaser/PLA-thermokomprimierten Kompositen.