其他方式登錄
掃一掃微信咨詢
010-53652212
(工作日)
152 0110 5575
152 1011 0562
(周末)
QQ咨詢
首頁 > 3D資訊

高強輕質(zhì)結(jié)構(gòu)制造新方法—分級3D打印液晶聚合物

魔猴君  行業(yè)資訊   2120天前

人氣 1205
自然界中的骨骼、蠶絲、木材等生物材料能夠自組裝形成了一種分級復(fù)合構(gòu)造的輕質(zhì)結(jié)構(gòu),不僅擁有優(yōu)異的機械性能,還能夠重新循環(huán)再生長。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員正是借鑒了自然界中生物材料的生長機理,采用分級3D打印液晶聚合物的方法制備出了一種可循環(huán)利用的新型輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。 該技術(shù)利用熱致變液晶芳族聚酯中的剛性分子片段在熔融狀態(tài)下能夠自組裝形成液晶向列區(qū)的現(xiàn)象,研究人員采用FDM技術(shù)在材料的擠出成形過程中讓熔融液晶材料沿著打印路徑實現(xiàn)自組裝,從而實現(xiàn)了材料結(jié)構(gòu)的各向異性生長,之后再結(jié)合材料的各向異性和由3D打印賦予的復(fù)合成型能力進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)的機械性能,得到能夠與傳統(tǒng)輕質(zhì)材料的剛度、強度以及韌性相比擬的高強輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。

高強輕質(zhì)結(jié)構(gòu)制造新方法—分級3D打印液晶聚合物

圖1FDM方法打印分級熱致型液晶聚合物

(a)由剛性單體組成的芳族無規(guī)共聚酯構(gòu)成的棒狀聚合物鏈;

(b)熔融狀態(tài)下的剛性聚合物棒沿同一方向?qū)R;

(c)局部對齊的向列區(qū)在聚合物中形成準各向同性區(qū)域;

(d)加熱的噴頭在擠出操作時利用拉伸力和剪切力對聚合物進行重整;

(e)材料擠出后失去自身的取向;

(f)沉積材料在一定高度的表面再次調(diào)整對齊并且形成核殼結(jié)構(gòu);

(g-h)鏈末端通過熱處理進行化學交聯(lián)增加分子量

高強輕質(zhì)結(jié)構(gòu)制造新方法—分級3D打印液晶聚合物

圖2液晶聚合物長絲的性能與打印條件的關(guān)系

 (a)核殼結(jié)構(gòu)長絲的偽色掃描電子顯微圖像;

(b-c) 核殼結(jié)構(gòu)長絲橫截面的偏光顯微圖像;

(d)X射線衍射表明取向聚合物的占比更高;

(e) 垂直擠出的長絲強度和楊氏模量均隨著噴頭直徑的減小而增大;

(f) 水平打印的長絲強度和楊氏模量均隨著長絲高度的減小而增大;

(g) 噴頭溫度與室溫之間的溫差與長絲楊氏模量的關(guān)系;

(h) 固態(tài)退火處理能夠通過增加聚合物分子量來提高性能

研究人員對打印出來的樣件進行力學性能測試,發(fā)現(xiàn)該熱致變液晶聚合物的自組裝形成各向異性的長絲能夠?qū)⒉牧享g性等機械性能提高到與現(xiàn)有輕質(zhì)材料類似的程度。

高強輕質(zhì)結(jié)構(gòu)制造新方法—分級3D打印液晶聚合物

圖3 3D打印的液晶聚合物層板以及部件的機械性能和復(fù)雜結(jié)構(gòu) 

(a)液晶聚合物開孔層壓板在張力作用下的力學性能;

(b) 斷裂之前開孔的應(yīng)變圖譜;

(c) 液晶聚合物打印線和部件的比剛度、比強度和衰減性能;

(d-e)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的3D打印液晶聚合物模型

該技術(shù)采用分級3D打印技術(shù)成功解決了傳統(tǒng)纖維增強型聚合物結(jié)構(gòu)在性能上易脆裂、難以塑形的難題,能夠利用可再生材料再制造,突破了復(fù)合材料回收再利用的關(guān)鍵技術(shù),成功實現(xiàn)了具有優(yōu)異機械性能輕質(zhì)構(gòu)件的制備,對于今后制備新型的人工輕質(zhì)材料具有重大的意義。 參考文獻 Gantenbein S, Masania K, Woigk W, et al. Three-dimensional printing of hierarchical liquid-crystal-polymer structures[J]. Nature, 2018, 561(7722): 226.

來源:中國3D打印網(wǎng)

文章來源:(南極熊)
轉(zhuǎn)載免責聲明:
本網(wǎng)站轉(zhuǎn)載的文章,其版權(quán)均歸原作者所有,如其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)下載使用,請在轉(zhuǎn)載有關(guān)文章時務(wù)必尊重該文章的著作權(quán),保留本網(wǎng)注明的“本文來源”,并自負版權(quán)等法律責任

   
魔猴折讓
魔猴迎賓
流程
廣告位
二維碼