CF/PLA形狀記憶聚合物的4D打印技術研究
發(fā)布時間：2021-01-07 06:09
隨著科學的不斷發(fā)展,智能材料作為一種新型材料,開啟材料應用的一個新時代。其中,形狀記憶聚合物材料是目前比較成熟的一種智能材料。在外部刺激下,可以產(chǎn)生響應。形狀記憶聚合物具有良好的生物相容性,和可降解性,驅動方式可設計,質(zhì)輕,價廉等諸多優(yōu)點。聚乳酸（Polylactic acid,PLA）,又稱為聚丙交酯,是以乳酸為原料聚合而成的聚酯。是一類可生物降解的材料,具有良好的機械性能和物理性能,具備空間站艙內(nèi)環(huán)境的使用需求,是空間站艙內(nèi)環(huán)境使用的重要材料。碳纖維（Carbon Fibre,CF）是一種含碳量在90%的高強度高模量纖維。碳纖維改性后的聚乳酸,在力學性能上有所提高,可以使聚乳酸發(fā)生可控變形。通過CF/PLA的4D打印,可以實現(xiàn)具有高密度折展結構和功能器件。本文通過熱失重分析（TGA）和差示掃描量測試（DSC）來研究聚乳酸的熱學性能。通過動態(tài)熱機械分析（DMA）來研究聚乳酸的熱機械性能。本文所制備的聚乳酸為熱致型形狀記憶聚合物,通過對形狀固定率、形狀回復時間以及形狀回復率三個參數(shù)來分別對聚乳酸試件、單道CF/PLA試件和交叉CF/PLA道試件的形狀記憶性能進行研究。實驗得出,聚乳酸的...
【文章來源】：北華航天工業(yè)學院河北省
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
D打印繩狀結構的形狀演變過程[18]
CF/PLA形狀記憶聚合物的4D打印技術研究2的聚乳酸，在力學性能上有所提高，可以使聚乳酸發(fā)生可控變形。針對空間可展開機構的發(fā)展需求，開展對碳纖維的添加對聚乳酸變形影響的研究、4D打印工藝技術的研究以及4D打印技術的應用研究，實現(xiàn)熱環(huán)境驅動形狀記憶聚合物材料的結構成型和變形控制并滿足一種具有較高收納比平面可展開機構。4D打印所得到的物體的形態(tài)以及結構可以隨時間發(fā)生動態(tài)變化，4D打印將設計以編程的方式內(nèi)置到打印材料中，打印完成后，在預設環(huán)境中或在特殊的激勵下讓物體轉變?yōu)樗璧男螤罨蚬δ�，簡化了從設計理念到制作實物的過程，實現(xiàn)了讓打印出的物體如機器般自我創(chuàng)造，而無需再連接任何復雜的機電設備，也不需再消耗額外的人力和工時，并且可先打印出簡單形狀或功能的物體，然后在預設環(huán)境中或在特殊的激勵下，使該物體自我轉變成具有復雜結構或功能的一種物體。1.24D打印技術的國內(nèi)外研究進展2013年，在美國加州舉辦的TED(Technology,Entertainment,Design)大會上，來自麻省理工學院的Tibbits提出了4D打印(four-dimensionalprinting)的概念，他演示了4D打印的繩狀物，遇水后，繩狀物自動折疊成MIT的字樣[18]，如圖1.1所示。圖1.14D打印繩狀結構的形狀演變過程[18]以色列卡灑立[19]應用化學中心利用聚己內(nèi)酯多元醇和甲基丙烯酸異氰酸乙酯，得到光敏型聚己內(nèi)酯丙烯酸酯。將可加熱的樹脂浴與數(shù)字光投影型SLA打印機結合，打印了光敏型聚己內(nèi)酯丙烯酸酯熔體。在紫外光的照射下，熔體產(chǎn)生交聯(lián)，得到三維網(wǎng)絡狀結構，該結構可以自發(fā)變形。該團隊打印了如支架、鷹、和埃菲爾鐵塔等許多三維結構，使其在熱激勵下，發(fā)生自主變形行為，如圖1.2所示。圖1.2SLA打印SMP支架/艾菲爾鐵塔/鷹在熱激勵下的變形過程[19]
北華航天工業(yè)學院碩士學位論文3佐治亞理工大學的Ge等人[20-21]采用PolyJet技術打印了可變形的“活性復合材料”，這種“活性復合材料”由彈性體和聚合物纖維組成，通過熱機械處理，這種“活性材料”可自動發(fā)生彎曲、折疊和纏繞等變形行為，來轉變?yōu)閺碗s的三維結構，如圖1.3所示。Ge等人又將這種“活性材料”設計成智能鉸鏈與折紙術結合，實現(xiàn)了結構的自主折疊，如圖1.4所示。圖1.3“活性材料”示意及打印案例[20]圖1.4以“活性材料”為鉸鏈的自折疊結構[21]在進一步的研究中，Mao等人[22-24]通過調(diào)整VeroWhite和TangoBlack的配比，得到了一系列具有不同玻璃化轉變溫度、熱機械性能和形狀記憶性能的“數(shù)字材料”，采用PolyJet技術將配比不同的“數(shù)字材料”分別打印在不同部位作為鉸鏈，在溫度驅動下，使結構發(fā)生順序自折疊行為，如圖1.5所示。圖1.5順序自折疊結構[22]勞倫斯利福爾摩斯國家實驗室Rodriguez等人[25]采用直寫打印技術，將環(huán)氧大豆油作為軟段，將雙酚A二縮水甘油醚作為硬段，碳納米纖維作為功能性材料，4D打印了電驅
【參考文獻】：
期刊論文
[1]4D打印——未來技術的先鋒[J]. 李素麗,劉偉,趙峰. 中國鑄造裝備與技術. 2015(06)
[2]4D打印-智能材料的增材制造技術[J]. 李滌塵,劉佳煜,王延杰,王永泉,王樹新. 機電工程技術. 2014(05)
[3]智能材料研究進展[J]. 張新民. 玻璃鋼/復合材料. 2013(Z2)
本文編號：2962059
【文章來源】：北華航天工業(yè)學院河北省
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
D打印繩狀結構的形狀演變過程[18]
CF/PLA形狀記憶聚合物的4D打印技術研究2的聚乳酸，在力學性能上有所提高，可以使聚乳酸發(fā)生可控變形。針對空間可展開機構的發(fā)展需求，開展對碳纖維的添加對聚乳酸變形影響的研究、4D打印工藝技術的研究以及4D打印技術的應用研究，實現(xiàn)熱環(huán)境驅動形狀記憶聚合物材料的結構成型和變形控制并滿足一種具有較高收納比平面可展開機構。4D打印所得到的物體的形態(tài)以及結構可以隨時間發(fā)生動態(tài)變化，4D打印將設計以編程的方式內(nèi)置到打印材料中，打印完成后，在預設環(huán)境中或在特殊的激勵下讓物體轉變?yōu)樗璧男螤罨蚬δ�，簡化了從設計理念到制作實物的過程，實現(xiàn)了讓打印出的物體如機器般自我創(chuàng)造，而無需再連接任何復雜的機電設備，也不需再消耗額外的人力和工時，并且可先打印出簡單形狀或功能的物體，然后在預設環(huán)境中或在特殊的激勵下，使該物體自我轉變成具有復雜結構或功能的一種物體。1.24D打印技術的國內(nèi)外研究進展2013年，在美國加州舉辦的TED(Technology,Entertainment,Design)大會上，來自麻省理工學院的Tibbits提出了4D打印(four-dimensionalprinting)的概念，他演示了4D打印的繩狀物，遇水后，繩狀物自動折疊成MIT的字樣[18]，如圖1.1所示。圖1.14D打印繩狀結構的形狀演變過程[18]以色列卡灑立[19]應用化學中心利用聚己內(nèi)酯多元醇和甲基丙烯酸異氰酸乙酯，得到光敏型聚己內(nèi)酯丙烯酸酯。將可加熱的樹脂浴與數(shù)字光投影型SLA打印機結合，打印了光敏型聚己內(nèi)酯丙烯酸酯熔體。在紫外光的照射下，熔體產(chǎn)生交聯(lián)，得到三維網(wǎng)絡狀結構，該結構可以自發(fā)變形。該團隊打印了如支架、鷹、和埃菲爾鐵塔等許多三維結構，使其在熱激勵下，發(fā)生自主變形行為，如圖1.2所示。圖1.2SLA打印SMP支架/艾菲爾鐵塔/鷹在熱激勵下的變形過程[19]
北華航天工業(yè)學院碩士學位論文3佐治亞理工大學的Ge等人[20-21]采用PolyJet技術打印了可變形的“活性復合材料”，這種“活性復合材料”由彈性體和聚合物纖維組成，通過熱機械處理，這種“活性材料”可自動發(fā)生彎曲、折疊和纏繞等變形行為，來轉變?yōu)閺碗s的三維結構，如圖1.3所示。Ge等人又將這種“活性材料”設計成智能鉸鏈與折紙術結合，實現(xiàn)了結構的自主折疊，如圖1.4所示。圖1.3“活性材料”示意及打印案例[20]圖1.4以“活性材料”為鉸鏈的自折疊結構[21]在進一步的研究中，Mao等人[22-24]通過調(diào)整VeroWhite和TangoBlack的配比，得到了一系列具有不同玻璃化轉變溫度、熱機械性能和形狀記憶性能的“數(shù)字材料”，采用PolyJet技術將配比不同的“數(shù)字材料”分別打印在不同部位作為鉸鏈，在溫度驅動下，使結構發(fā)生順序自折疊行為，如圖1.5所示。圖1.5順序自折疊結構[22]勞倫斯利福爾摩斯國家實驗室Rodriguez等人[25]采用直寫打印技術，將環(huán)氧大豆油作為軟段，將雙酚A二縮水甘油醚作為硬段，碳納米纖維作為功能性材料，4D打印了電驅
【參考文獻】：
期刊論文
[1]4D打印——未來技術的先鋒[J]. 李素麗,劉偉,趙峰. 中國鑄造裝備與技術. 2015(06)
[2]4D打印-智能材料的增材制造技術[J]. 李滌塵,劉佳煜,王延杰,王永泉,王樹新. 機電工程技術. 2014(05)
[3]智能材料研究進展[J]. 張新民. 玻璃鋼/復合材料. 2013(Z2)
本文編號：2962059
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