發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 06:09

　　隨著科學(xué)的不斷發(fā)展,智能材料作為一種新型材料,開(kāi)啟材料應(yīng)用的一個(gè)新時(shí)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(yīng)。形狀記憶聚合物具有良好的生物相容性,和可降解性,驅(qū)動(dòng)方式可設(shè)計(jì),質(zhì)輕,價(jià)廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。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(lèi)可生物降解的材料,具有良好的機(jī)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(qiáng)度高模量纖維。碳纖維改性后的聚乳酸,在力學(xué)性能上有所提高,可以使聚乳酸發(fā)生可控變形。通過(guò)CF/PLA的4D打印,可以實(shí)現(xiàn)具有高密度折展結(jié)構(gòu)和功能器件。本文通過(guò)熱失重分析（TGA）和差示掃描量測(cè)試（DSC）來(lái)研究聚乳酸的熱學(xué)性能。通過(guò)動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）來(lái)研究聚乳酸的熱機(jī)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(guò)對(duì)形狀固定率、形狀回復(fù)時(shí)間以及形狀回復(fù)率三個(gè)參數(shù)來(lái)分別對(duì)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(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)得出,聚乳酸的... 

【文章來(lái)源】：北華航天工業(yè)學(xué)院河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

D打印繩狀結(jié)構(gòu)的形狀演變過(guò)程[18]

CF/PLA形狀記憶聚合物的4D打印技術(shù)研究2的聚乳酸，在力學(xué)性能上有所提高，可以使聚乳酸發(fā)生可控變形。針對(duì)空間可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的發(fā)展需求，開(kāi)展對(duì)碳纖維的添加對(duì)聚乳酸變形影響的研究、4D打印工藝技術(shù)的研究以及4D打印技術(shù)的應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)熱環(huán)境驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物材料的結(jié)構(gòu)成型和變形控制并滿足一種具有較高收納比平面可展開(kāi)機(jī)構(gòu)。4D打印所得到的物體的形態(tài)以及結(jié)構(gòu)可以隨時(shí)間發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，4D打印將設(shè)計(jì)以編程的方式內(nèi)置到打印材料中，打印完成后，在預(yù)設(shè)環(huán)境中或在特殊的激勵(lì)下讓物體轉(zhuǎn)變?yōu)樗璧男螤罨蚬δ埽?jiǎn)化了從設(shè)計(jì)理念到制作實(shí)物的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了讓打印出的物體如機(jī)器般自我創(chuàng)造，而無(wú)需再連接任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，也不需再消耗額外的人力和工時(shí)，并且可先打印出簡(jiǎn)單形狀或功能的物體，然后在預(yù)設(shè)環(huán)境中或在特殊的激勵(lì)下，使該物體自我轉(zhuǎn)變成具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)或功能的一種物體。1.24D打印技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展2013年，在美國(guó)加州舉辦的TED(Technology,Entertainment,Design)大會(huì)上，來(lái)自麻省理工學(xué)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(dòng)折疊成MIT的字樣[18]，如圖1.1所示。圖1.14D打印繩狀結(jié)構(gòu)的形狀演變過(guò)程[18]以色列卡灑立[19]應(yīng)用化學(xué)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(shù)脂浴與數(shù)字光投影型SLA打印機(jī)結(jié)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(luò)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以自發(fā)變形。該團(tuán)隊(duì)打印了如支架、鷹、和埃菲爾鐵塔等許多三維結(jié)構(gòu)，使其在熱激勵(lì)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(lì)下的變形過(guò)程[19]

北華航天工業(yè)學(xué)院碩士學(xué)位論文3佐治亞理工大學(xué)的Ge等人[20-21]采用PolyJet技術(shù)打印了可變形的“活性復(fù)合材料”，這種“活性復(fù)合材料”由彈性體和聚合物纖維組成，通過(guò)熱機(jī)械處理，這種“活性材料”可自動(dòng)發(fā)生彎曲、折疊和纏繞等變形行為，來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，如圖1.3所示。Ge等人又將這種“活性材料”設(shè)計(jì)成智能鉸鏈與折紙術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)[21]在進(jìn)一步的研究中，Mao等人[22-24]通過(guò)調(diào)整VeroWhite和TangoBlack的配比，得到了一系列具有不同玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱機(jī)械性能和形狀記憶性能的“數(shù)字材料”，采用PolyJet技術(shù)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(qū)動(dòng)下，使結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)[22]勞倫斯利福爾摩斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Rodriguez等人[25]采用直寫(xiě)打印技術(shù)，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(qū)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]智能材料研究進(jìn)展[J]. 張新民.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2013(Z2)



本文編號(hào)：2962059