直写式3D打印SiO2f/磷酸盐复合材料及其性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maamyaayha
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3D打印技术具有可充分利用原材料、成型工艺简单以及可实现复杂结构快速成型的优点,目前3D打印纤维增强材料是一大研究热点,尤其短纤维材料,对于除了能够改进材料的力学性能之外,还可以在电磁性能、热性能等方面对材料的性能做出改进,使用浆料直写式3D打印技术制备短纤维复合材料的相关研究也是目前3D打印的一项热点。本文以石英纤维、纳米Si O2粉和磷酸盐为原材料,采用浆料直写型3D打印制备技术制备短纤维复合材料。通过对浆料流变性能的调控,基于3D打印打印透波材料的研究背景,以石英纤维为增强相,成功实现了石英纤维增强Si O2/磷酸盐复合材料的3D打印成型。为了在纤维取向性上对实验做出指导,本文对针头内浆料流动情况和针头内纤维取向进行了有限元仿真。有限元仿真结果表明,3D打印针头结构、浆料流速和浆料粘度对浆料的流动具有一定的影响,针头出口越细,浆料的流速变化越剧烈,以及针头结构、纤维含量以及浆料流速对纤维取向分布都有较明显的影响,而浆料粘度和纤维长度对此体系的纤维取向分布影响不大。研究表明,增加固化剂和纳米Si O2粉的含量均可增大Si O2/磷酸盐浆料的粘度,且加入纳米Si O2可以使浆料出现剪切变稀行为,将磷酸盐液体转变为非牛顿流体。温度对Si O2/磷酸盐组织结构影响较大,随温度升高,材料发生脱水缩合反应生成磷酸盐,固化后的物相组成主要为Al(H2PO4)3和Al PO4。Si O2/磷酸盐属于低介电常数材料,透波性能良好,增加固化剂和纳米Si O2含量对材料力学性能和介电性能均有提升。本课题设计的短纤维纤维增强3D打印技术制得的Si O2纤维增强Si O2/磷酸盐复合材料抗弯强度提高;并且材料介电性能相比不含纤维的Si O2/磷酸盐相比得到显著提升。
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