论文部分内容阅读
快速、高效、环保的光固化三维打印(Three Dimensional Printing,3DP)技术是创建复杂、精细实体制件的一种独特的先进制造技术,而3DP材料的性能决定了该技术应用的广度与深度。目前,3DP材料的发展主要面临着品种单一、固化后力学性能不高、价格昂贵等几方面的挑战,因此,高性能、低成本3DP材料的开发是光固化三维打印成形技术的核心问题之一。本文首先研究了影响环氧丙烯酸酯(Epoxy Acrylate,EA)基3DP材料粘度、光固化速度、固化度、体积收缩率和力学性能的主要因素,确定了制备低粘度、快固化、高力学性能的光固化EA基3DP材料的最佳基本配方。为了进一步改进其力学性能,本文分别采用纳米Si O2和碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)为增强体对其进行了增强增韧改性研究。对纳米Si O2/EA基3DP材料的研究发现,经KH570硅烷偶联剂改性处理后纳米Si O2均匀分散在基体中,并且显著提高了3DP材料的力学性能。当纳米Si O2含量为0.3wt%时,固化物的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别提高了46.7%、243.4%、133.2%和18.8%,材料由脆性断裂逐渐转变为韧性断裂。纳米Si O2的含量为0.7wt%时,3DP材料的玻璃化转变温度由67.2℃提高到71.7℃,固化后的体积收缩率降低了12.1%,透射深度降低了10.1%,临界曝光量增大了18.5%。对CNTs/EA基3DP材料的研究发现,CNTs经强酸酸化、表面改性处理后相互之间无缠结现象,可均匀分散在基体中。添加CNTs可以显著提高3DP材料的力学性能,当CNTs含量为0.3wt%时,固化物的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别提高了44.7%、72.8%、33.6%和17.8%,材料的破坏形式由脆性断裂向韧性断裂转变。当CNTs的含量为0.5wt%时,3DP材料的玻璃化转变温度提高了7.8℃。由于CNTs对紫外光极强的吸收作用,添加0.7wt%的CNTs时,3DP材料的透射深度降低了19.3%,临界曝光量增大了43.0%,此时材料固化后的体积收缩率降低了10.4%。