纳孔碳纳米管涂层用于高性能连续纤维增强聚合物复合材料的3D打印

摘要整理

高强度、轻质的连续碳纤维增强复合材料是航空航天、汽车和国防等多个行业所需的结构材料。此类重要材料的增材制造(AM)可提供多重优势，包括降低成本、提高制造效率以及实现传统方法无法制造的复杂结构。然而，连续碳纤维复合材料增材制造面临的重大挑战是纤维束与基体材料的浸润性不足。当基体材料不足时，纤维束内部会产生孔隙，降低复合材料的强度和刚度等机械性能。为最小化孔隙形成，通常需要低速制造以促进浸润。本研究表明，通过在连续纤维束上应用薄的纳孔涂层，可显著改善纤维束浸润性。采用电泳沉积工艺，通过有效调控工艺参数，可轻松控制涂层微观结构，包括厚度和纳孔尺寸。最终获得了单根涂覆的碳纤维，在不牺牲纤维束柔性的前提下改善了纤维束浸润性。高吸收性且柔性好的纤维束对3D打印应用具有重要意义，有利于复杂几何结构的制造。通过这种定制化纳孔涂层，由于纳孔结构改善的毛细吸收作用，树脂吸收时间实现了15倍的改善。这种吸收特性的改善对按需滴落或其他树脂基3D打印技术具有巨大潜力。此外，机械性能表征证明了纳孔涂层在高性能碳纤维增强复合材料增材制造中的应用潜力。

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