多向紡織結(jié)構(gòu),如三向機織物、多角度鋪層、三維角聯(lián)鎖、三維正交、三維編織等,是制備輕質(zhì)高強復合材料的常用結(jié)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)整體性好、優(yōu)異力學性能、良好的損傷容限等優(yōu)點。但傳統(tǒng)多向紡織結(jié)構(gòu)預成型體加工工藝復雜、耗時費力,有必要探索新的加工方式。增材制造(Additive manufacturing),也稱3D(Three dimensional)打印,具有快速制造、精準成型等特點,可為多向紡織結(jié)構(gòu)預成型體的加工提供新思路。將3D打印技術(shù)和刺激響應材料(例如形狀記憶聚合物,SMP)相結(jié)合,便促成一個新研究分支-4D(four dimensional)打印,可用于快速制備智能復合材料。試件制備、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能表征及提升等基礎(chǔ)研究是研發(fā)4D打印紡織結(jié)構(gòu)功能復合材料的重要前提,但目前相關(guān)研究較少。本文采用4D打印形狀記憶聚乳酸(PLA)制備折紙結(jié)構(gòu)、鋪層結(jié)構(gòu)、編織結(jié)構(gòu)預成型體,通過μ-CT斷層掃描成像、回復行為表征和熱力學表征,研究回復溫度、結(jié)構(gòu)參數(shù)對形狀回復行為和回復力的影響規(guī)律。針對熱塑性SMP回復性能差的缺點,提出三種材料復合增強策略,即碳納米管(CNT)填充PLA、硅樹脂填充預成型體、彈簧鋼片...

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 多向紡織結(jié)構(gòu)預成型體
    1.3 3D打印概述
        1.3.1 3D打印方法與特點
        1.3.2 3D打印件結(jié)構(gòu)表征
        1.3.3 3D打印多向紡織預成型體及復合材料研究進展
    1.4 形狀記憶聚合物
        1.4.1 不同刺激方式形狀記憶聚合物研究進展
        1.4.2 形狀記憶聚合物基復合材料研究進展
    1.5 4D打印研究進展
        1.5.1 4D打印變形實現(xiàn)策略
        1.5.2 4D打印紡織結(jié)構(gòu)預成型體研究進展
    1.6 研究目標及內(nèi)容
    1.7 本研究創(chuàng)新點
第二章 4D打印折紙和鋪層及編織結(jié)構(gòu)預成型體形狀記憶性能
    2.1 實驗材料與熱學性能
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 熱學性能
    2.2 試樣制備方法
    2.3 形狀回復性能表征方法
        2.3.1 形狀回復率
        2.3.2 回復力
    2.4 4D打印Miura折紙試樣回復性能
        2.4.1 平鋪和管狀折紙結(jié)構(gòu)設計
        2.4.2 平鋪折紙形狀記憶行為
        2.4.3 管狀折紙形狀記憶行為
        2.4.4 平鋪和管狀折紙回復力
    2.5 4D打印鋪層結(jié)構(gòu)預成型體形狀記憶性能
        2.5.1 試樣結(jié)構(gòu)
        2.5.2 形狀回復率
        2.5.3 回復力
        2.5.4 序列展開驅(qū)動器設計與展示
    2.6 4D打印編織結(jié)構(gòu)預成型體形狀記憶性能
        2.6.1 試樣結(jié)構(gòu)
        2.6.2 形狀回復率
        2.6.3 回復力
    2.7 本章小結(jié)
第三章 4D打印鋪層和編織預成型體及其硅樹脂復合材料形狀記憶性能
    3.1 實驗材料與熱學性能
        3.1.1 實驗材料
        3.1.2 熱學性能
    3.2 試樣制備
    3.3 實驗表征
        3.3.1 微觀形貌表征
        3.3.2 X-射線μ-CT表征
        3.3.3 彎曲測試
    3.4 實驗結(jié)果分析
        3.4.1 SEM表征
        3.4.2 μ-CT成像表征
        3.4.3 形狀回復率
        3.4.4 回復力
        3.4.5 彎曲性能
    3.5 本章小結(jié)
第四章 彈簧鋼/形狀記憶聚合物層疊復合材料形狀記憶性能
    4.1 試樣制備與表征方法
        4.1.1 試樣制備
        4.1.2 形狀回復率與回復力測試
    4.2 協(xié)同效應機理
    4.3 協(xié)同效應機理驗證
    4.4 回復行為協(xié)同效應
        4.4.1 不同堆疊構(gòu)象
        4.4.2 不同SMP填充率
        4.4.3 不同SSS厚度
        4.4.4 多次循環(huán)形狀回復行為
    4.5 回復力協(xié)同效應
        4.5.1 不同堆疊構(gòu)象
        4.5.2 不同SMP填充率
        4.5.3 不同SSS厚度
    4.6 本章小結(jié)
第五章 電激活4D打印鋪層結(jié)構(gòu)預成型體形狀記憶性能
    5.1 電學性能
        5.1.1 導電性驗證
        5.1.2 體積電阻率表征方法
        5.1.3 電阻率溫度效應結(jié)果分析
    5.2 焦耳熱升溫
        5.2.1 表面溫度測量
        5.2.2 打印參數(shù)對焦耳熱升溫速率和溫度分布影響
    5.3 打印參數(shù)對電激活回復行為影響
        5.3.1 試樣表征
        5.3.2 打印速度
        5.3.3 打印層厚
        5.3.4 打印角度
    5.4 多次電激活回復行為
    5.5 遠程序列控制電激活形狀記憶行為
    5.6 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 研究展望
參考文獻
攻讀博士學位期間發(fā)表論文
致謝



本文編號：3841103