CF/PLA形状记忆聚合物的4D打印技术研究
发布时间：2021-01-07 06:09
随着科学的不断发展,智能材料作为一种新型材料,开启材料应用的一个新时代。其中,形状记忆聚合物材料是目前比较成熟的一种智能材料。在外部刺激下,可以产生响应。形状记忆聚合物具有良好的生物相容性,和可降解性,驱动方式可设计,质轻,价廉等诸多优点。聚乳酸（Polylactic acid,PLA）,又称为聚丙交酯,是以乳酸为原料聚合而成的聚酯。是一类可生物降解的材料,具有良好的机械性能和物理性能,具备空间站舱内环境的使用需求,是空间站舱内环境使用的重要材料。碳纤维（Carbon Fibre,CF）是一种含碳量在90%的高强度高模量纤维。碳纤维改性后的聚乳酸,在力学性能上有所提高,可以使聚乳酸发生可控变形。通过CF/PLA的4D打印,可以实现具有高密度折展结构和功能器件。本文通过热失重分析（TGA）和差示扫描量测试（DSC）来研究聚乳酸的热学性能。通过动态热机械分析（DMA）来研究聚乳酸的热机械性能。本文所制备的聚乳酸为热致型形状记忆聚合物,通过对形状固定率、形状回复时间以及形状回复率三个参数来分别对聚乳酸试件、单道CF/PLA试件和交叉CF/PLA道试件的形状记忆性能进行研究。实验得出,聚乳酸的...
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
D打印绳状结构的形状演变过程[18]
CF/PLA形状记忆聚合物的4D打印技术研究2的聚乳酸，在力学性能上有所提高，可以使聚乳酸发生可控变形。针对空间可展开机构的发展需求，开展对碳纤维的添加对聚乳酸变形影响的研究、4D打印工艺技术的研究以及4D打印技术的应用研究，实现热环境驱动形状记忆聚合物材料的结构成型和变形控制并满足一种具有较高收纳比平面可展开机构。4D打印所得到的物体的形态以及结构可以随时间发生动态变化，4D打印将设计以编程的方式内置到打印材料中，打印完成后，在预设环境中或在特殊的激励下让物体转变为所需的形状或功能，简化了从设计理念到制作实物的过程，实现了让打印出的物体如机器般自我创造，而无需再连接任何复杂的机电设备，也不需再消耗额外的人力和工时，并且可先打印出简单形状或功能的物体，然后在预设环境中或在特殊的激励下，使该物体自我转变成具有复杂结构或功能的一种物体。1.24D打印技术的国内外研究进展2013年，在美国加州举办的TED(Technology,Entertainment,Design)大会上，来自麻省理工学院的Tibbits提出了4D打印(four-dimensionalprinting)的概念，他演示了4D打印的绳状物，遇水后，绳状物自动折叠成MIT的字样[18]，如图1.1所示。图1.14D打印绳状结构的形状演变过程[18]以色列卡洒立[19]应用化学中心利用聚己内酯多元醇和甲基丙烯酸异氰酸乙酯，得到光敏型聚己内酯丙烯酸酯。将可加热的树脂浴与数字光投影型SLA打印机结合，打印了光敏型聚己内酯丙烯酸酯熔体。在紫外光的照射下，熔体产生交联，得到三维网络状结构，该结构可以自发变形。该团队打印了如支架、鹰、和埃菲尔铁塔等许多三维结构，使其在热激励下，发生自主变形行为，如图1.2所示。图1.2SLA打印SMP支架/艾菲尔铁塔/鹰在热激励下的变形过程[19]
北华航天工业学院硕士学位论文3佐治亚理工大学的Ge等人[20-21]采用PolyJet技术打印了可变形的“活性复合材料”，这种“活性复合材料”由弹性体和聚合物纤维组成，通过热机械处理，这种“活性材料”可自动发生弯曲、折叠和缠绕等变形行为，来转变为复杂的三维结构，如图1.3所示。Ge等人又将这种“活性材料”设计成智能铰链与折纸术结合，实现了结构的自主折叠，如图1.4所示。图1.3“活性材料”示意及打印案例[20]图1.4以“活性材料”为铰链的自折叠结构[21]在进一步的研究中，Mao等人[22-24]通过调整VeroWhite和TangoBlack的配比，得到了一系列具有不同玻璃化转变温度、热机械性能和形状记忆性能的“数字材料”，采用PolyJet技术将配比不同的“数字材料”分别打印在不同部位作为铰链，在温度驱动下，使结构发生顺序自折叠行为，如图1.5所示。图1.5顺序自折叠结构[22]劳伦斯利福尔摩斯国家实验室Rodriguez等人[25]采用直写打印技术，将环氧大豆油作为软段，将双酚A二缩水甘油醚作为硬段，碳纳米纤维作为功能性材料，4D打印了电驱
【参考文献】：
期刊论文
[1]4D打印——未来技术的先锋[J]. 李素丽,刘伟,赵峰. 中国铸造装备与技术. 2015(06)
[2]4D打印-智能材料的增材制造技术[J]. 李涤尘,刘佳煜,王延杰,王永泉,王树新. 机电工程技术. 2014(05)
[3]智能材料研究进展[J]. 张新民. 玻璃钢/复合材料. 2013(Z2)
本文编号：2962059
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
D打印绳状结构的形状演变过程[18]
CF/PLA形状记忆聚合物的4D打印技术研究2的聚乳酸，在力学性能上有所提高，可以使聚乳酸发生可控变形。针对空间可展开机构的发展需求，开展对碳纤维的添加对聚乳酸变形影响的研究、4D打印工艺技术的研究以及4D打印技术的应用研究，实现热环境驱动形状记忆聚合物材料的结构成型和变形控制并满足一种具有较高收纳比平面可展开机构。4D打印所得到的物体的形态以及结构可以随时间发生动态变化，4D打印将设计以编程的方式内置到打印材料中，打印完成后，在预设环境中或在特殊的激励下让物体转变为所需的形状或功能，简化了从设计理念到制作实物的过程，实现了让打印出的物体如机器般自我创造，而无需再连接任何复杂的机电设备，也不需再消耗额外的人力和工时，并且可先打印出简单形状或功能的物体，然后在预设环境中或在特殊的激励下，使该物体自我转变成具有复杂结构或功能的一种物体。1.24D打印技术的国内外研究进展2013年，在美国加州举办的TED(Technology,Entertainment,Design)大会上，来自麻省理工学院的Tibbits提出了4D打印(four-dimensionalprinting)的概念，他演示了4D打印的绳状物，遇水后，绳状物自动折叠成MIT的字样[18]，如图1.1所示。图1.14D打印绳状结构的形状演变过程[18]以色列卡洒立[19]应用化学中心利用聚己内酯多元醇和甲基丙烯酸异氰酸乙酯，得到光敏型聚己内酯丙烯酸酯。将可加热的树脂浴与数字光投影型SLA打印机结合，打印了光敏型聚己内酯丙烯酸酯熔体。在紫外光的照射下，熔体产生交联，得到三维网络状结构，该结构可以自发变形。该团队打印了如支架、鹰、和埃菲尔铁塔等许多三维结构，使其在热激励下，发生自主变形行为，如图1.2所示。图1.2SLA打印SMP支架/艾菲尔铁塔/鹰在热激励下的变形过程[19]
北华航天工业学院硕士学位论文3佐治亚理工大学的Ge等人[20-21]采用PolyJet技术打印了可变形的“活性复合材料”，这种“活性复合材料”由弹性体和聚合物纤维组成，通过热机械处理，这种“活性材料”可自动发生弯曲、折叠和缠绕等变形行为，来转变为复杂的三维结构，如图1.3所示。Ge等人又将这种“活性材料”设计成智能铰链与折纸术结合，实现了结构的自主折叠，如图1.4所示。图1.3“活性材料”示意及打印案例[20]图1.4以“活性材料”为铰链的自折叠结构[21]在进一步的研究中，Mao等人[22-24]通过调整VeroWhite和TangoBlack的配比，得到了一系列具有不同玻璃化转变温度、热机械性能和形状记忆性能的“数字材料”，采用PolyJet技术将配比不同的“数字材料”分别打印在不同部位作为铰链，在温度驱动下，使结构发生顺序自折叠行为，如图1.5所示。图1.5顺序自折叠结构[22]劳伦斯利福尔摩斯国家实验室Rodriguez等人[25]采用直写打印技术，将环氧大豆油作为软段，将双酚A二缩水甘油醚作为硬段，碳纳米纤维作为功能性材料，4D打印了电驱
【参考文献】：
期刊论文
[1]4D打印——未来技术的先锋[J]. 李素丽,刘伟,赵峰. 中国铸造装备与技术. 2015(06)
[2]4D打印-智能材料的增材制造技术[J]. 李涤尘,刘佳煜,王延杰,王永泉,王树新. 机电工程技术. 2014(05)
[3]智能材料研究进展[J]. 张新民. 玻璃钢/复合材料. 2013(Z2)
本文编号：2962059
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