可回收3D打印环氧树脂基复合材料及其在形状记忆材料中的应用

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环氧树脂是用量最大的热固性树脂之一,在国民经济的许多领域都有着广泛的应用。传统环氧树脂的成型大多以模具为基础,如注塑、浇铸、模压等,这些方法不仅制造周期长,而且无法直接加工获得形状复杂的物体。将增材制造技术引入高分子成型领域,能够解决过去难以制造的复杂零件的成型问题。本论文研究了环氧树脂的3D打印,发展了一种用于墨水直写技术(Direct Ink Writing,DIW)的环氧树脂/石墨烯复合材料墨水,探究了该复合材料的性能,还拓展其应用至形状记忆材料领域,并开发了该材料的3D打印中的回收利用技术。本文首先制备了一种可用于墨水直写技术的环氧树脂/石墨烯复合墨水。选择石墨烯粉体作为体系的触变剂和功能填料,并与环氧树脂预聚体以一定比例混合,从而得到了石墨烯含量为10 wt.%的具有良好剪切变稀的可DIW凝胶墨水。调节打印针头、打印气压、墨水离心时间等参数以优化3D打印条件,3D打印得到结构精细、可自由设计的复合材料制品。本文进而研究了上述3D打印环氧树脂/石墨烯复合材料的性能。通过热重分析、差式扫描量热法对复合材料和纯环氧树脂材料进行了热分析。复合材料的物理性能测试结果显示,材料的导热和导电性能比纯环氧样品有所提升,并且力学性能呈现出各向同性。同时,本文也深入探究了打印路径对3D打印材料性能的影响。此外,本文还结合环氧树脂形状记忆特性和石墨烯导电导热特性,3D打印得到响应快、响应模式可调节的热致形状记忆材料和安全开关,拓宽了传统环氧树脂的应用场景。本文还发展了一种新型的热固性树脂可回收3D打印技术。将粉碎的塑料粉末作为共触变剂,和石墨烯共同调节环氧树脂预聚体的流变性能,从而实现回收塑料粉末参与的复合材料的3D打印。本文确定了综合性能最好的可打印的回收配方,并进行重复回收利用,结果表明材料在回收过程中综合性能的变化很小,这一技术为热固性树脂的可持续发展和新型成型方法探索了新的路线。
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