Anisotropy and humidity effect on tensile properties and electrical volume resistivity of fused deposition modeled acrylonitrile butadiene styrene composites

Abstract

En la presente tesis, se estudió la influencia de la anisotropía y la humedad en las propiedades mecánicas a la tracción y la resistividad volumétrica de los compuestos de Acrilonitrilo Butadieno Estireno reforzado con Nano Tubos de Carbono y Acrilonitrilo Butadieno Estireno reforzado con Micro Fibras de Carbono impresos en 3D de por Deposición de Material Fundido. Para estudiar la influencia de la anisotropía, tres diferentes orientaciones de impresión de capa fueron comparadas (0°, 45° and 45°/-45°) esto para una altura de capa de 0.2 mm. Se concluyó que la influencia de la anisotropía es importante para el comportamiento mecánico de el Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Micro Fibras de Carbono esto debido a la relación que existe entre la resistencia que realiza el refuerzo y el alineamiento que presentan las fibras respecto a la dirección de tracción. Por otro lado, no se encontraron mayor influencia de la anisotropía en las propiedades mecánicas del Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Nano Tubos de Carbono. En la resistividad volumétrica para el Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Nano Tubos de Carbono no se encontró mayor variación en los resultados debido a la anisotropía de las capas. El Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Micro Fibras de Carbono no pudo ser ensayado debido a la alta resistividad que el material presentó. Para estudiar la influencia de la humedad, dos condiciones del filamento se compararon: seco y expuesto a la humedad. Se concluyó que la influencia de la humedad en el filamento es también importante en el comportamiento mecánico a la tracción del Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Micro Fibras de Carbono esto debido a que la humedad absorbida por el filamento se elimina a través de burbujas de vapor que explosionan durante la impresión 3D empobreciendo así la adherencia entre la fibra y la matriz polimérica. Por otro lado, no se encontró tampoco mayor influencia en el comportamiento mecánico a la tracción del Acrilonitrilo Butadieno Estireno reforzado con Nano Tubos de Carbono debido a la humedad. En la resistividad volumétrica, se encontró que la humedad influye más en los resultados que la anisotropía, pero no llega a ser una influencia considerable. Esta influencia se debe principalmente a estructura menos uniforme que presenta el sólido impreso debido a las alteraciones producto de las explosiones de burbujas de vapor para eliminar la humedad absorbida como se mencionó anteriormente.

In the present thesis, the influence of anisotropy and humidity in the tensile properties and electrical volume resistivity of Acrylonitrile Butadiene Styrene/Carbon Nanotubes and Acrylonitrile Butadiene Styrene/Micro Carbon Fibers manufactured by Fused Deposition Modeling 3D printing was studied. To study the influence of the anisotropy three different layer printing orientations were compared (0°, 45° and 45°/-45°) in a layer height of 0.2 mm. It was concluded that the influence of anisotropy is important on Acrylonitrile Butadiene Styrene/Micro Carbon Fibers tensile behavior due to relation that exist between the performance/resistance and the alignment of the reinforcement. On the other hand, no significant influence was found on the Acrylonitrile Butadiene Styrene/Carbon Nanotubes. On the electrical volume resistivity, no significant variation was found on the Acrylonitrile Butadiene Styrene/Carbon Nanotubes by the anisotropy of the layers. Acrylonitrile Butadiene Styrene/Micro Carbon Fibers could not be essayed because of the high resistance of the composite. To study the influence of the humidity, two conditions on the filaments of the materials in study were compared: dry and moisture exposed. It was concluded that the influence of humidity is also remarkable on Acrylonitrile Butadiene Styrene/Micro Carbon Fibers tensile behavior because the humidity absorbed by the filaments is removed through vapor bubble blast during the 3D printing that impoverishes the adherence between the fibers and the matrix. On the other hand, no significant influence was again found on the Acrylonitrile Butadiene Styrene/Carbon Nanotubes. On the electrical volume resistivity, the humidity influences more this attributed to the less uniform structure the specimens printed with moisture exposed filaments have because of the steam explosions mentioned before.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Anisotropie und Feuchtigkeit in den Zugeigenschaften und dem elektrischen Volumenwiderstand von Acrylnitril- Butadien-Styrol/Kohlenstoffnanoröhren und Acrylnitril-Butadien-Styrol/Mikro Kohlefaser, hergestellt durch Schmelzschichtung Modellieren 3D-Druck, untersucht. Um den Einfluss der Anisotropie zu untersuchen, wurden drei unterschiedliche Schichtdruckorientierungen (0 °, 45 ° und 45 ° / -45 °) in einer Schichthöhe von 0,2 mm verglichen. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss der Anisotropie bei Acrylnitril-Butadien-Styrol/Mikro Kohlefaser zugverhalten aufgrund der Beziehung zwischen der Leistung / dem Widerstand und der Ausrichtung der Bewehrung wichtig ist. Auf der anderen Seite wurde kein signifikanter Einfluss auf die Acrylnitril- Butadien-Styrol/Kohlenstoffnanoröhren gefunden. Bei dem elektrischen Volumenwiderstand wurde keine signifikante Variation auf der Acrylnitril-Butadien-Styrol/Kohlenstoffnanoröhren durch die Anisotropie der Schichten gefunden. Acrylnitril-Butadien-Styrol/Mikro Kohlefaser konnte wegen der hohen Beständigkeit des Verbundwerkstoffes nicht aufgeschrieben werden. Um den Einfluss der Feuchtigkeit zu untersuchen, wurden zwei Bedingungen auf den Filamenten der Materialien in der Studie verglichen: trocken und Feuchtigkeit ausgesetzt. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss der Feuchtigkeit auch bei Acrylnitril-Butadien-Styrol/Mikro Kohlefaser-Zugverhalten bemerkenswert ist, da die von den Filamenten absorbierte Feuchtigkeit durch Dampfblasenblasen während des 3D-Druckens entfernt wird, was die Haftung zwischen den Fasern und der Matrix verarmt. Auf der anderen Seite wurde auf der Acrylnitril-Butadien- Styrol/Kohlenstoffnanoröhren kein signifikanter Einfluss gefunden. Bei dem elektrischen Volumenwiderstand beeinflusst die Feuchtigkeit mehr, was auf die weniger einheitliche Struktur zurückzuführen ist. Die mit feuchtigkeitsbelichteten Filamenten bedruckten Proben haben wegen der zuvor erwähnten Dampfexplosionen.