在模拟制药操作条件下3D打印TPU的磨损行为与多技术表征

本研究调查了用于制药操作机械中的传动带摩擦层的3D打印热塑性聚氨酯（TPU）的磨损行为和多技术表征。使用熔融沉积建模（FDM）打印了两种柔性TPU等级—TPU 51A和TPU 60A，打印温度为（51A: 255–265 °C; 60A: 225–235 °C）以及层数（三层或四层）。对样本进行了Shore A硬度、磨损电阻（在干滑动下使用Baroid润滑性测试仪对纸板的质量损失）、拉伸性能、结晶度（XRD）、化学结构（FTIR）、热稳定性（TGA）和扫描电子显微镜（SEM）评估。结果表明，打印参数显著影响材料的机械和摩擦学行为。对于TPU 51A，将打印温度提高到265 °C并使用四层可显著减少累计质量损失，尽管硬度下降。相反，对于TPU 60A，较高的打印温度和层数增加了硬度，但也导致了更高的磨损。拉伸测试表明，较少层数打印的样本显示出更高的屈服强度和应变，表明层间结合改善。XRD分析确认打印样本主要为无定形，与原材料丝料相比结晶度降低。FTIR光谱显示在打印过程中没有显著的化学降解，而热重分析显示在约250–260 °C下具有良好的热稳定性。结果表明，磨损行为受硬度、层间内聚力和微观结构组织的共同影响，而非仅仅是结晶度。在调查的条件中，以265 °C和四层打印的TPU 51A表现出磨损电阻与机械性能之间最优的平衡，突显了其在摩擦层应用中的适用性。