光固化3D打印异型含能药柱及性能研究

来源 :沈阳理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:brinsh
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为解决异型含能药柱成型工艺适应性差、安全性差、过程繁琐、成本高等问题,将光固化3D打印技术应用到含能药柱成型领域,旨在为含能异型药柱3D打印成型提供理论和技术基础。通过单因素优选法和正交实验设计得到了光固化树脂配方;利用有机单体共聚法对铝粉(Al)进行包覆改性,提高Al在光固化树脂中的分散性;利用重结晶法细化高氯酸铵(AP),提高AP在树脂中的悬浮性;Al和AP满足3D打印浆料对于固体填料的要求;配制3D打印含能浆料,应用X8.9型光固化3D打印机进行了异型含能药柱的打印成型,成型药柱精度较高,综合性能较好。具体如下:(1)结合单因素优选法,对光固化树脂配方进行了4因素3水平的正交实验设计,得到综合性能优异的光固化树脂配方为:EA 44.06%、PUA 21.98%、HDDA14.15%、TMPTA 14.15%、TPO 4.72%、助剂0.94%;其固化速度为3.2s、粘度为197mPa·s、硬度为2H、附着力为2级、凝胶率为95.20%、收缩率为5.85%。(2)选取HPA/BA、St/BA、AA/BA、MMA/BA不同类型单体组合为包覆剂,在机械化学力辅助下,应用有机单体共聚包覆法对经SDS预处理后的铝粉进行包覆,分散性沉降实验表明经不同类型单体组合包覆后的铝粉在光固化树脂中的分散性明显提升,且经HPA/BA包覆的Al的分散性最好,FTIR、SEM分析表铝粉表面吸附有机聚合物单体。(3)以DMF为溶剂,EAC为非溶剂,通过溶剂-非溶剂重结晶法对粒径约为3 mm的AP进行超细化,细化后的AP粒径约为8μm,且AP粒子的分散性和均一性较好,超细AP在树脂中的分散悬浮性得到提升。通过单因素分析法得到相对较佳的实验条件为:DMF为溶剂,EAC为非溶剂,V(溶剂):V(非溶剂)为1:10,初始AP溶液浓度为10%,水浴(析出)温度为60℃,搅拌速度为800 rmp,AP溶液滴加速度为0.5 mL/min。(4)利用光固化3D打印技术,在X8.9型打印机上,设置适当的打印参数,对含能浆料(自制光固化树脂/超细AP/改性Al=48%/41%/11%)成功地进行了异型含能药柱的打印成型,药柱性能测试结果表明:光固化3D打印成型的药柱的表面光滑,内部结构密实,无气泡、裂缝等缺陷;药柱密度为1.606 g/cm3,相比模具浇铸固化成型药柱提高了3.7%,且密度的均一性和稳定性较好;燃烧测试表明药柱燃烧剧烈,且燃烧时出现了“平台效应”,说明药柱燃烧均匀,测得药柱平均燃速为7.11 mm/s;差热分析表明药柱在受热过程中共分为吸热-放热-二次放热三个阶段,放热焓为758.10 J/g;准静态力学性能测试得到药柱平均抗压强度9.83MPa,相比模具固化成型药柱提高了315%,压缩率为2.1%,相比提高了90.9%;打印成型试件断裂拉伸强度为9.8171 MPa,相比提高了11.76%,拉伸断裂应力为9.0800 MPa,相比提高了39.96%。
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