一种将菠萝叶纤维废料回收成线材用于 3D 打印的方法

2022年10月22日，南极熊获悉，一个国际研究小组的最新研究表明，菠萝叶纤维（PALF）可用于增强聚乳酸（PLA）。他们测试了两种类型的PALF（生的和碱处理的）与聚乳酸的结合，结果显示前者的延展性更好，后者的拉伸强度更好。然而，两者都比单独的PLA材料性能有所改进。这可能对使用植物废料的3D打印有很大影响。

相关研究成果以题为：“Comprehensive characterizationof raw and treated pineapple leaf fiber/polylactic acid green compositesmanufactured by 3D printing technique”发表在《PolymerComposites》上。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pc.26906

聚乳酸（PLA）是一种热塑性聚合物，是3D打印中最广泛使用的塑料长丝材料。它的部分生物可降解性、良好的热稳定性和易于加工的特点使它成为许多行业的热门选择。因此，任何改善其特性的方法都很重要。

△研究人员正在研究菠萝废料是否可以与聚乳酸结合，以制造更强大但仍可生物降解的长丝（图片来源：David Adam Kess, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons）。

研究过程

研究人员是一个国际团队，由印度的科学家Mansingh博士、马来西亚的JS Binoj博士和新加坡的Eugene Wong副教授领导。为了开始他们对植物材料和3D打印的研究，他们取了两个PALF的样品。一个未作处理，另一个用不同重量百分比的碱处理。然后分别与PLA进行组合测试，然后在FDM工艺中进行挤压。他们使用Ultimaker 3进行这一步骤。为了评估产品的新特性，他们进行了一些测试。这些测试包括红外光谱、检查杂质的显微镜和检查热稳定性的热分析（质量如何随着温度的变化而变化）。

△碱性处理的PALF原料的准备过程示意图

△加工PALF/PLA混合物。(A) 实现PALF/PLA均匀混合物的准备步骤；(B) PALF和PLA的混合物

他们发现，未经处理或未加工的PALF的断裂伸长率比碱处理的高，意味着延展性更好。然而，3wt%的碱处理PALF强化物表现出最大的拉伸和弯曲特性，因此被认为是最佳条件。这两种加固材料都比单独的PLA有所改进。这表明，植物废料实际上可以用于3D打印，以改善材料的特性和功能。

△制造复合材料部件的3D打印工艺示意图

如果这个实验一开始可能看起来很抽象和理论化，事实上它可能对未来的3D打印产生影响。这个行业一直在努力做两件事：优化材料以获得性能更好的产品，以及提高可持续性。使用可生物降解的植物材料来改进用于3D打印的聚乳酸可能就是答案；特别是当这种材料像菠萝纤维一样容易获得且价格低廉的时候。这并不是第一次将植物材料用于3D打印。例如，奥地利公司Extruder最近创造了一系列名为GreenTec和Biofusion的生物责任丝，意大利公司WASP与迪奥合作，使用生态友好材料开了一家便捷商店。