高強輕質結構制造新方法—分級3D打印液晶聚合物
魔猴君 行業資訊 2354天前
圖1FDM方法打印分級熱致型液晶聚合物
（a）由剛性單體組成的芳族無規共聚酯構成的棒狀聚合物鏈；
（b）熔融狀態下的剛性聚合物棒沿同一方向對齊；
（c）局部對齊的向列區在聚合物中形成準各向同性區域；
（d）加熱的噴頭在擠出操作時利用拉伸力和剪切力對聚合物進行重整；
（e）材料擠出后失去自身的取向；
（f）沉積材料在一定高度的表面再次調整對齊并且形成核殼結構；
(g-h)鏈末端通過熱處理進行化學交聯增加分子量
圖2液晶聚合物長絲的性能與打印條件的關系
（a）核殼結構長絲的偽色掃描電子顯微圖像；
(b-c) 核殼結構長絲橫截面的偏光顯微圖像；
(d)X射線衍射表明取向聚合物的占比更高；
(e) 垂直擠出的長絲強度和楊氏模量均隨著噴頭直徑的減小而增大；
(f) 水平打印的長絲強度和楊氏模量均隨著長絲高度的減小而增大；
(g) 噴頭溫度與室溫之間的溫差與長絲楊氏模量的關系；
(h) 固態退火處理能夠通過增加聚合物分子量來提高性能
研究人員對打印出來的樣件進行力學性能測試，發現該熱致變液晶聚合物的自組裝形成各向異性的長絲能夠將材料韌性等機械性能提高到與現有輕質材料類似的程度。
圖3 3D打印的液晶聚合物層板以及部件的機械性能和復雜結構
（a）液晶聚合物開孔層壓板在張力作用下的力學性能；
(b) 斷裂之前開孔的應變圖譜；
(c) 液晶聚合物打印線和部件的比剛度、比強度和衰減性能；
(d-e)具有復雜結構的3D打印液晶聚合物模型
該技術采用分級3D打印技術成功解決了傳統纖維增強型聚合物結構在性能上易脆裂、難以塑形的難題，能夠利用可再生材料再制造，突破了復合材料回收再利用的關鍵技術，成功實現了具有優異機械性能輕質構件的制備，對于今后制備新型的人工輕質材料具有重大的意義。 參考文獻 Gantenbein S, Masania K, Woigk W, et al. Three-dimensional printing of hierarchical liquid-crystal-polymer structures[J]. Nature, 2018, 561(7722): 226.來源：中國3D打印網
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