形状记忆聚醚醚酮增材制造与性能研究

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增材制造与形状记忆高分子的结合已成为新的发展方向。聚醚醚酮材料作为一种耐高温、抗辐射、耐腐蚀、机械性能良好的形状记忆高分子,在许多领域都有广泛的应用前景。因其具有很高的模量和熔融温度,聚醚醚酮在增材制造工艺上的技术难度与成型失败率也很大。目前,大部分研究工作都关注于聚醚醚酮成型样件的力学表现,很少有学者结合制造工艺与结构设计对其形状记忆性能展开研究。作为一种可在航空航天、生物医疗等领域发挥重要作用的材料,聚醚醚酮的增材制造与形状记忆性能的研究能为后续该材料的制造与应用提供支持和参考,同时为其功能的个性化设计赋予新的活力。本文针对聚醚醚酮材料的应用与开发需求,首先基于熔融沉积成型工艺制备了具有稳定性能的聚醚醚酮成型样件,通过控制温度、热处理方式和内层结构三类关键工艺参数系统研究了各变量对聚醚醚酮形状记忆性能的影响。从材料结晶行为、分子运动、宏观结构表现等方面总结规律、分析原理,整体上实现了当聚醚醚酮样件形状固定率为90%以上时,形状回复率约20%的可调范围,其中样件最高形状固定率达99%,最高形状回复率达87%。其次,本文制备了具有不同密度和单元结构的聚醚醚酮样件,结合仿真分析与实验测试,探究了结构对聚醚醚酮机械性能与形状记忆性能的影响,研究发现三种密度的蜂窝结构模量之比大致符合各单元的面积之比。对于不同单元结构来说,其形状固定率都维持在约100%的水平,形状回复率与形变时结构内部应力有密切关系,其中三角单元结构具有最高的形状回复率达77%。最后,本文对聚醚醚酮样件的形状记忆效果和耐高温特性进行了验证与展示,进一步地,通过重复利用高强度形变下的不完全回复过程,实现了样件永久形态与打印初始形态的分离。
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