[發明專利]一種纖維填充的二維取向各向異性復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710565608.2
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107443725B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 丁慶軍;張登輝;趙蓋
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B33Y70/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公布了一種纖維填充的二維取向各向異性復合材料的制備方法，涉及材料工程技術領域，能夠得到二維取向各向異性的高分子復合材料，本發明包括以下操作步驟：首先對纖維進行表面處理；將所述處理后的纖維和高分子材料按纖維的體積百分比為2%?20%混合均勻；所述高分子和纖維的混合物在熔融狀態下采用微滴噴射3D打印成型方式，設定3D打印系統的參數，使得液滴在基板上鋪展，鋪展后的液滴直徑為初始液滴直徑的3倍以上；最后自然冷卻成型。

技術領域

本發明屬于材料工程技術領域，尤其涉及一種纖維填充的二維取向各向異性復合材料的制備方法。

背景技術

復合材料的特性取決于其基體、填料的性能以及它們形成的微結構。各向異性高分子復合材料中填料呈現一定的方向取向，從而引起其宏觀性能也具有一定的方向性，一維和二維取向的各向異性高分子復合材料在導電、導熱、磁性、透氣、力學等方面都有著獨特的性能，在生物醫學、電磁屏蔽、隱身技術和飛機機身材料等領域有著廣泛的應用需求。高分子復合材料兩相系統中，如果其中一相（例如，導熱率高的一相）均勻分散但沒有任何取向，在相對低的填料含量下導熱率的提升是很有限的。當填料含量很高時，可以達到理想的導電導熱率，但是以失去高分子本身的優良特性和提高成本為代價。然而當導熱率高的一相沿熱流方向平行并形成貫穿的結構，導熱率會大幅度提升。因此，這種各向異性結構是在減少填料含量但賦予聚合物填料功能的一種有效方法。隨著近年來材料技術的發展，許多新型的功能填料展現出優異的性能，如碳納米管、石墨烯、單層二硫化鉬、氧化石墨片等，有序化是充分發揮它們功能的有效方法。國內外研究現狀顯示，二維取向的各向異性高分子復合材料制備方法的研究除了樹脂澆鑄層疊編織纖維布外，很少有相關的研究報道，而且微納尺寸的纖維和片層功能填料也不適用編制纖維布的方法。

綜上，目前短纖維填充的各向異性高分子復合材料沒有一個普遍適用的制備方法，而3D打印的出現給高分子復合材料的研究帶來了很多可能。

發明內容

本發明提供一種纖維填充的二維取向各向異性復合材料的制備方法，利用高分子熔體液滴噴射3D打印的方法，能夠得到二維取向各向異性的復合材料，纖維在平行于某個平面上具有一定程度的取向，材料的整體性能呈現各向異性。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種纖維填充的二維取向各向異性復合材料的制備方法，包括以下操作步驟：

a.對纖維進行表面處理；

b.將所述處理后的纖維和高分子材料混合均勻，得到纖維和高分子材料的混合物；

c.所述纖維和高分子的混合物在熔融狀態下采用微滴噴射3D打印成型方式，設定3D打印系統的參數，使得液滴在基板上鋪展；

d.所述鋪展后的液滴自然冷卻成型。

以上步驟中所述纖維是短纖維，長度不大于50μm；步驟b中所述的纖維和高分子基體按纖維的體積百分比為2%-20%混合均勻；步驟c中3D打印系統參數包括噴嘴直徑，所述噴嘴直徑大于纖維的長度。

本發明的有益效果是：本發明提供了一種纖維填充的二維取向各向異性復合材料的制備方法，利用高分子熔體液滴噴射3D打印的方法，用戶可自行設計或選擇成形原材料，而且噴頭中設有加熱裝置，能根據需要通過加熱改變原材料的黏度，噴頭噴射推力大，性能穩定，能噴射高黏性材料和含有強溶劑的材料，結合3D打印技術，利用短纖維在沖擊-鋪展過程中在熔滴內的變化行為，制備得到一定程度的二維取向各向異性的高分子復合材料，纖維在平行于某個平面上具有一定程度的取向，材料的整體性能呈現各向異性，根據纖維的特性不同，可以提高某個平面內或某些方向上的耐磨性、導電性、力學性能等。

附圖說明

圖1為測試樣條加工示意圖（J為熔體微滴噴射的方向）。

具體實施例