Русский
English
Цели: обосновать технологическое окно опытно-промышленного экструзионного компаундирования полиэтилентерефталат-гликоля (PETG) с коротким углеродным волокном для последующего изготовления FFF-филамента и выделить параметры процесса, критические для воспроизводимости материала.
Методы. Проанализированы две рецептурные точки с массовой долей углеродного волокна 5 и 10 %, при постоянной доле малеинизированного полиэтилена низкой плотности 2 %. Подготовка PETG включала сушку при 65 °C в течение 3 ч, измельчение до 50–150 мкм и рассев. Компаундирование выполняли на двухшнековом экструдере диаметром 30 мм и L/D = 44 при 220 об/мин, давлении расплава 1,0 МПа и нагрузке привода 70 %. Применены описательный анализ производственных данных, расчет активной длины шнека, окружной скорости, массовых соотношений компонентов и декомпозиция температурного профиля по 11 зонам.
Результаты. Определено трехстадийное тепловое управление: повышение температуры от 200 до 240 °C, плато 240 °C, контролируемое снижение до 210 °C и конечная термостабилизация при 230 °C. Активная длина шнека составила 1,32 м, окружная скорость – 0,346 м/с. Для рецептур с 5 и 10 % волокна отношения PETG/волокно равны 18,6 и 8,8, а совместитель/волокно – 0,40 и 0,20 соответственно. Сформирована карта критических параметров от сушки исходного полимера до повторной сушки гранулята. Для филамента из опытной партии подтверждена технологическая печатаемость на оборудовании открытого типа; скрининговый диапазон модуля упругости при изгибе составил 3,5–4,0 ГПа.
Выводы. Воспроизводимость углеродонаполненного PETG определяется согласованным контролем влажности, дозирования, термомеханической истории и вытяжки стренги. Значение 3,5–4,0 ГПа корректно трактовать как модуль, а не прочность при изгибе. Количественное разделение влияния содержания и происхождения волокна требует последующего факторного эксперимента, реологических исследований, микроскопии и испытаний по стандартизованной методике.
Методы. Проанализированы две рецептурные точки с массовой долей углеродного волокна 5 и 10 %, при постоянной доле малеинизированного полиэтилена низкой плотности 2 %. Подготовка PETG включала сушку при 65 °C в течение 3 ч, измельчение до 50–150 мкм и рассев. Компаундирование выполняли на двухшнековом экструдере диаметром 30 мм и L/D = 44 при 220 об/мин, давлении расплава 1,0 МПа и нагрузке привода 70 %. Применены описательный анализ производственных данных, расчет активной длины шнека, окружной скорости, массовых соотношений компонентов и декомпозиция температурного профиля по 11 зонам.
Результаты. Определено трехстадийное тепловое управление: повышение температуры от 200 до 240 °C, плато 240 °C, контролируемое снижение до 210 °C и конечная термостабилизация при 230 °C. Активная длина шнека составила 1,32 м, окружная скорость – 0,346 м/с. Для рецептур с 5 и 10 % волокна отношения PETG/волокно равны 18,6 и 8,8, а совместитель/волокно – 0,40 и 0,20 соответственно. Сформирована карта критических параметров от сушки исходного полимера до повторной сушки гранулята. Для филамента из опытной партии подтверждена технологическая печатаемость на оборудовании открытого типа; скрининговый диапазон модуля упругости при изгибе составил 3,5–4,0 ГПа.
Выводы. Воспроизводимость углеродонаполненного PETG определяется согласованным контролем влажности, дозирования, термомеханической истории и вытяжки стренги. Значение 3,5–4,0 ГПа корректно трактовать как модуль, а не прочность при изгибе. Количественное разделение влияния содержания и происхождения волокна требует последующего факторного эксперимента, реологических исследований, микроскопии и испытаний по стандартизованной методике.
1. Петров П.А., Агзамова Д. Р., Шмакова Н. С. и др. Свойства пластика PETG после 3D-печати по технологии FFF. Часть 1 // Станкоинструмент. 2022. № 1 (26). С. 52 – 59. DOI: 10.22184/2499-9407.2022.26.1.52.59
2. Петров П.А., Агзамова Д.Р., Шмакова Н.С. и др. Свойства пластика PETG после 3D-печати по технологии FFF. Часть 2 // Станкоинструмент. 2022. № 2 (27). С. 58 – 64. DOI: 10.22184/2499-9407.2022.27.2.58.64
3. Valvez S., Silva A.P., Reis P.N.B. Optimization of printing parameters to maximize the mechanical properties of 3D-printed PETG-based parts // Polymers. 2022. Vol. 14. No. 13. Art. 2564. DOI: 10.3390/polym14132564
4. Fiorillo C., Ohnmacht H., Reyes P. et al. Quantifying hydrolytic degradation of poly(ethylene terephthalate glycol) under storage conditions and for fused filament fabrication mechanical properties // Polymer Degradation and Stability. 2023. Vol. 217. Art. 110511. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2023.110511
5. Wang C., Huang H., Wang X., Wang Y., Zhu Y. Effect of drying treatment on the physical and mechanical properties of material extrusion-based 3D-printed PETG models // BioResources. 2025. Vol. 20. No. 3. P. 7000 – 7009. DOI: 10.15376/biores.20.3.7000-7009
6. García E., Núñez P.J., Caminero M.A., Chacón J.M., Kamarthi S. Effects of carbon fibre reinforcement on geometric properties of PETG-based filament using FFF additive manufacturing // Composites Part B: Engineering. 2022. Vol. 235. Art. 109766. DOI: 10.1016/j.compositesb.2022.109766
7. Mahesh V., Joseph A. S., Mahesh V. et al. Investigation on the mechanical properties of additively manufactured PETG composites reinforced with OMMT nanoclay and carbon fibers // Polymer Composites. 2021. Vol. 42. No. 5. P. 2380 – 2395. DOI: 10.1002/pc.25985
8. Kichloo A. F., Raina A., Haq M. I. U., Wani M. S. Impact of carbon fiber reinforcement on mechanical and tribological behavior of 3D-printed polyethylene terephthalate glycol polymer composites–an experimental investigation // Journal of Materials Engineering and Performance. 2022. Vol. 31. No. 2. P. 1021 – 1038. DOI: 10.1007/s11665-021-06262-6
9. Alarifi I.M. PETG/carbon fiber composites with different structures produced by 3D printing // Polymer Testing. 2023. Vol. 120. Art. 107949. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2023.107949
10. Batista M., Lagomazzini J.M., Rodríguez-Parada M., Vazquez-Martinez J. M. Mechanical and tribological performance of carbon fiber-reinforced PETG for FFF applications // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. No. 23. Art. 12701. DOI: 10.3390/app132312701
11. Janković M., Balać I., Popović M., Pjević M., Miloš M. Tensile strength and stiffness properties of additively manufactured PET-G polymer-based composite plates reinforced with different weight fractions of short carbon fibers // Journal of Mechanical Science and Technology. 2024. Vol. 38. No. 6. P. 2971 – 2977. DOI: 10.1007/s12206-024-0517-y
12. Economides A.L., Islam M.N., Baxevanakis K.P. Additively manufactured carbon fibre PETG composites: effect of print parameters on mechanical properties // Polymers. 2024. Vol. 16. No. 23. Art. 3336. DOI: 10.3390/polym16233336
13. Hwang S.W., Ryu H.C., Kim S.W., Park H.Y., Seo K.H. Grafting maleic anhydride onto EVA and effect on the physical and rheological properties of PETG/EVA-g-MAH blends // Journal of Applied Polymer Science. 2012. Vol. 125. No. 4. P. 2732 – 2739. DOI: 10.1002/app.36592
2. Петров П.А., Агзамова Д.Р., Шмакова Н.С. и др. Свойства пластика PETG после 3D-печати по технологии FFF. Часть 2 // Станкоинструмент. 2022. № 2 (27). С. 58 – 64. DOI: 10.22184/2499-9407.2022.27.2.58.64
3. Valvez S., Silva A.P., Reis P.N.B. Optimization of printing parameters to maximize the mechanical properties of 3D-printed PETG-based parts // Polymers. 2022. Vol. 14. No. 13. Art. 2564. DOI: 10.3390/polym14132564
4. Fiorillo C., Ohnmacht H., Reyes P. et al. Quantifying hydrolytic degradation of poly(ethylene terephthalate glycol) under storage conditions and for fused filament fabrication mechanical properties // Polymer Degradation and Stability. 2023. Vol. 217. Art. 110511. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2023.110511
5. Wang C., Huang H., Wang X., Wang Y., Zhu Y. Effect of drying treatment on the physical and mechanical properties of material extrusion-based 3D-printed PETG models // BioResources. 2025. Vol. 20. No. 3. P. 7000 – 7009. DOI: 10.15376/biores.20.3.7000-7009
6. García E., Núñez P.J., Caminero M.A., Chacón J.M., Kamarthi S. Effects of carbon fibre reinforcement on geometric properties of PETG-based filament using FFF additive manufacturing // Composites Part B: Engineering. 2022. Vol. 235. Art. 109766. DOI: 10.1016/j.compositesb.2022.109766
7. Mahesh V., Joseph A. S., Mahesh V. et al. Investigation on the mechanical properties of additively manufactured PETG composites reinforced with OMMT nanoclay and carbon fibers // Polymer Composites. 2021. Vol. 42. No. 5. P. 2380 – 2395. DOI: 10.1002/pc.25985
8. Kichloo A. F., Raina A., Haq M. I. U., Wani M. S. Impact of carbon fiber reinforcement on mechanical and tribological behavior of 3D-printed polyethylene terephthalate glycol polymer composites–an experimental investigation // Journal of Materials Engineering and Performance. 2022. Vol. 31. No. 2. P. 1021 – 1038. DOI: 10.1007/s11665-021-06262-6
9. Alarifi I.M. PETG/carbon fiber composites with different structures produced by 3D printing // Polymer Testing. 2023. Vol. 120. Art. 107949. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2023.107949
10. Batista M., Lagomazzini J.M., Rodríguez-Parada M., Vazquez-Martinez J. M. Mechanical and tribological performance of carbon fiber-reinforced PETG for FFF applications // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. No. 23. Art. 12701. DOI: 10.3390/app132312701
11. Janković M., Balać I., Popović M., Pjević M., Miloš M. Tensile strength and stiffness properties of additively manufactured PET-G polymer-based composite plates reinforced with different weight fractions of short carbon fibers // Journal of Mechanical Science and Technology. 2024. Vol. 38. No. 6. P. 2971 – 2977. DOI: 10.1007/s12206-024-0517-y
12. Economides A.L., Islam M.N., Baxevanakis K.P. Additively manufactured carbon fibre PETG composites: effect of print parameters on mechanical properties // Polymers. 2024. Vol. 16. No. 23. Art. 3336. DOI: 10.3390/polym16233336
13. Hwang S.W., Ryu H.C., Kim S.W., Park H.Y., Seo K.H. Grafting maleic anhydride onto EVA and effect on the physical and rheological properties of PETG/EVA-g-MAH blends // Journal of Applied Polymer Science. 2012. Vol. 125. No. 4. P. 2732 – 2739. DOI: 10.1002/app.36592
Илюхин Д.А. Технологическое окно экструзионного компаундирования PETG с коротким углеродным волокном для FFF-филамента // Chemical Bulletin. 2026. Том 9. № 2. 5. https://doi.org/10.58224/2619-0575-2026-9-2-5