光固化3D打印改性碳纤维/光敏树脂复合材料的制备与性能调控

作     者：王世崇 陈彦羽 侯阳 邓浩宇 刘晓暄 向洪平 彭忠泉 容敏智 章明秋 WANG Shichong;CHEN Yanyu;HOU Yang;DENG Haoyu;LIU Xiaoxuan;XIANG Hongping;PENG Zhongquan;RONG Minzhi;ZHANG Mingqiu

作者机构：广东工业大学材料与能源学院广东省功能软凝聚态物质重点实验室广州510006 金发科技股份有限公司广州510700 中山大学化学学院广东省高性能树脂基复合材料重点实验室聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室广州510275 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2022年第39卷第10期

页      面：4509-4517页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51873043 21604014)。 

主　　题：光固化3D打印 改性碳纤维 光敏树脂复合材料 光固化动力学 增强增韧 

摘      要：光固化3D打印技术因成型速度快、器件精度高、表面质量好,已成为3D打印快速制备高精尖器件的首选方法,但现有3D打印光敏树脂仍存在器件力学强度低、韧性差等问题。碳纤维因导电、导热、高比强度、高比模量等特性,已被广泛应用于各种结构或功能复合材料。为此,先采用化学氧化、硅烷偶联剂(KH580)改性等手段对短切碳纤维进行表面改性得到KH580改性碳纤维(MCF);再将MCF与3D打印光敏树脂(PR)复合得到改性碳纤维/光敏树脂(MCF/PR)复合材料,并对其光固化动力学和3D打印器件的力学性能进行了详细研究。结果表明:当MCF表面的KH580接枝量为0.5wt%、MCF添加量为0.15wt%时,虽然MCF与PR复合后使光敏树脂的黏度有所增大,但对光敏树脂的固化深度与临界曝光量影响较小,仍能满足光固化3D打印要求;利用立体光刻技术(Stereolithography,SLA)光固化3D打印工艺能很好地制造出各种MCF/PR器件,器件的拉伸强度可达70 MPa,与纯PR相比增加了约100%,冲击强度为1.91 kJ/m^(2),较PR提高了约60%,且3D打印器件在350℃下具有良好的热稳定性。