3D打印技术凭借其快速成型、可以加工复杂的几何形状等优点广泛应用于各个领域。其中熔融沉积成型技术(FDM)原材料种类丰富且成本较低,打印设备简单、操作方便。聚乳酸(PLA)作为一种可生物降解材料,是FDM技术最常用的原材料之一。PLA可以摆脱对濒临枯竭的石油基资源的依赖,可以在自然环境下完全降解,不会对环境造成破坏。PLA具有强度高、模量大的优点,性能上与通用塑料相似。但由于其本身脆性大、韧性差、成本较高等缺点,限制了其应用。将生物质材料与PLA结合可以在改善性能的基础上相对的降低成本。本文采用聚合物共混及聚合物接枝的方法对PLA基3D打印复合材料进行增韧改性,并通过引入碳系导电填料,赋予复合材料一定的导电和导热性能,为其拓展应用领域提供了一定的理论依据和技术指导。本文主要研究内容如下:(1)为了提高采用FDM技术制备的杨木粉/聚乳酸复合材料的韧性和界面相容性,探讨了增韧剂种类对复合材料性能的影响。结果表明,添加热塑性聚氨酯弹性体(TPU)显著提高了复合材料的冲击强度,比未添加TPU的复合材料的冲击强度提高了 51.31%。与聚己内酯(PCL)和聚乙烯-辛烯弹性体(POE)相比,TPU的加入改善了木粉与PLA的相容性,同时也提高了复合材料的复数粘度和储能模量。通过分子动力学模拟,从微观角度进一步解释增韧机理。结果表明,与PCL和POE相比,TPU作为PLA和纤维素之间的连接相,可以与PLA和纤维素形成更稳定的结合,使得复合材料获得更加优异的性能。采用甲基丙烯酸缩水甘油酯作为接枝单体,过氧化二异丙苯作为引发剂,通过自由基聚合反应制备接枝聚合物,作为复合材料的相容剂。在反应挤出过程中,添加5wt%(质量百分比)木粉可以提高接枝聚合物的接枝度,接枝度提高了 61.54%。添加2wt%接枝聚合物时,复合材料的冲击强度和拉伸强度分别提高了 7.75%和8.39%,三元复合材料的界面结合得到了改善。通过调整FDM打印过程中填充模式的设定,可以打印出表面质量好且能被完全打印的实体模型。(2)为了提高由FDM技术制备的杨木粉/聚乳酸/热塑性聚氨酯弹性体三元复合材料的导电和导热性能,将碳系导电填料引入复合材料的制备过程中。通过对碳系导电填料种类及含量的优化,成功制备了具有一定导电、导热性能的复合材料。结果表明,与未添加纳米石墨的复合材料相比,添加25pbw(质量份数)纳米石墨的复合材料导电性能得到了改善,体积电阻率降低了 4个数量级,由1012Ω· m降至108Ω·m。该复合材料还兼具良好的导热性能、力学性能以及热稳定性。与单宁酸非共价官能化纳米石墨或多壁碳纳米管相比,将石墨烯纳米片(rGO)与纳米石墨复配使用添加到复合材料中,是提高杨木粉/聚乳酸复合材料导电性能的有效方法,复合材料的体积电阻率降低了一个数量级,导热系数增加了 25.71%。由FDM技术打印的模型表明,复合线材具有一定的柔韧性,并且可以打印在纸张或柔性基板上。(3)为了改善PLA基复合材料的导电性能,优化了碳系导电填料石墨烯纳米片和多壁碳纳米管的种类及含量的影响。通过母料-熔融复合法制备了添加石墨烯纳米片或多壁碳纳米管的复合材料,以改善两种纳米填料的分散,进而提高复合材料的导电性能。结果表明,与未添加rGO的复合材料相比,添加9wt%rGO的复合材料导电性能明显改善,体积电阻率达到最小值(由1011Ω·m降至103Ω·m)。该复合材料同时具有较好的界面相容性、表观粘度和热稳定性。与单宁酸或多壁碳纳米管相比,通过十二烷基苯磺酸钠(SDBS)非共价官能化rGO是进一步改善复合材料导电性能的有效方法,复合材料的体积电阻率进一步降低,降低了一个数量级。通过FDM技术打印到不同基板上的图案表明,非共价官能化的复合材料具有一定的柔韧性,适用于印刷复杂形状。(4)为了进一步提高rGO/PLA复合材料的导电性能,制备rGO/PLA导电复合材料,优化了复合材料的加工工艺。采用溶液共混法制备rGO/PLA导电复合材料,并探讨了不同属性的rGO对复合材料导电性能的影响。通过分子动力学模拟探讨加入rGO后,复合材料力学性能下降的机理。结果表明,无论采用何种加工工艺,由SDBS改性rGO制备的rGO/PLA复合材料的体积电阻率均比未改性的rGO/PLA复合材料小。溶液共混法有利于提高复合材料的导电性能,改性rGO/PLA复合材料的体积电阻率由102Ω.m降至10-1Ω·m,该复合材料可以使LED在正常电压下发光。拉曼光谱及XRD测试结果表明,与原rGO相比,另一种石墨烯纳米片(N-rGO)具有较好的导电性能且层数较少。采用N-rGO制备的N-rGO/PLA复合材料的体积电阻率降至10-3Ω·m。由于微晶纤维素(MCC)的阻隔作用,引入MCC的N-rGO/PLA复合材料的体积电阻率升高了一个数量级(10-2Ω·m)。二者均可使LED在正常电压发光。分子动力学模拟结果表明,加入rGO后,PLA/TPU复合体系的力学性能降低。这一方面归因于体系中的一部分TPU与rGO结合,导致与PLA结合的氢键位点减少,降低了 TPU与PLA的结合程度;另一方面是由于PLA分子链与rGO之间的结合较弱,使得PLA链发生了滑移。