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采用两阶段紫外光固化树脂的连续纤维复合材料3D打印

3D Printing of continuous fiber composites using two-stage UV curable resin

Huan Jiang, Arif M. Abdullah, Yuchen Ding, Christopher Chung, Martin L. Dunn, Kai Yu · University of Colorado Denver
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期刊 / 来源Materials Horizons
卷/期/页10 / 12 / 5508-5520
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关键词:3D打印连续纤维复合材料两阶段紫外光固化树脂碳纤维增强复合材料键交换反应可修复热固性复合材料快速原型制造力学性能

摘要整理

3D打印技术可实现连续纤维复合材料的无模具制造,具有设计自由度高、单件成本低的优势,特别适用于快速原型制造和复合材料产品开发。与热固化树脂相比,紫外光固化树脂能够实现高纤维含量复合材料的3D打印,且制造速度更快。然而,现有打印复合材料的力学强度较低,界面结合力弱,难以满足高性能工程应用需求,且通常不可重新加工或修复。本研究证明,新近出现的两阶段紫外光固化树脂是解决热固性复合材料连续碳纤维3D打印重大挑战的理想材料。该树脂主要由丙烯酸酯单体和含可交换共价键的交联剂组成。打印过程中,含碳纤维含量高达30.9%的复合材料丝束可通过紫外光照射快速沉积和固化。打印完成后,通过后加热处理,热固性基体内的键交换反应显著增强了打印复合材料的力学刚度、强度和层间结合力。两阶段固化树脂的应用使3D打印热固性复合材料具备了修复、重塑和回收利用的能力。本研究首次详细探索了两阶段紫外光固化树脂在复合材料打印中的优势,所获得的基础认识可推广至其他具有不同分子机制的两阶段固化树脂体系。

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