3D打印聚合物纳米复合材料的研究进展

相对于传统制造方法如挤出成型、模压成型等,3D打印技术不仅能够快速成型结构复杂且精细的产品,而且还可以根据不同功能、性能需求选择不同材料进行快速制造.凭借这一优势,3D打印越来越受到人们的重视,越来越多的3D打印产品被应用到人们的生活、学习和工作中.在众多3D打印材料中,聚合物材料(如热固性和热塑性聚合物等)的占比大、应用广,大到房屋内饰、小到微/纳米电子设备都可以通过3D打印聚合物材料来实现.然而,相比于传统方法制造的聚合物材料,3D打印聚合物材料强度低、打印层之间界面结合差,所以目前3D打印聚合物材料主要用于模型和非结构材料.为提高3D打印聚合物材料的强度,纳米材料(如纤维素纳米晶)常被用作增强体与聚合物材料混合打印,以此制备高强、多功能的3D打印纳米复合材料.纤维素纳米晶来源广泛、价格低廉、可再生、强度高,是一种十分理想的天然纳米增强材料.因此,近年来纤维素纳米晶在3D打印聚合物纳米复合材料中的应用受到广泛关注.除研究纳米材料对3D打印聚合物材料性能的影响外,研究者们还从纳米材料改性和新型纳米材料的研发等方面不断进行尝试,在提高3D打印聚合物纳米复合材料强度的同时赋予其更多的功能性,并取得了丰硕的成果.此外,借助光固化3D打印和聚合物熔融沉积成型两项基本原理相近、成型机理不同的3D打印技术,研究者们从打印纳米复合材料的结构、性能及功能出发,分别研究不同打印技术实现材料"结构-性能-功能"的可能性和可行性,为3D打印聚合物纳米复合材料的拓展应用提供了可靠依据.本文在简述3D打印技术的基础上,重点阐述常用于热固性和热塑性聚合物3D打印技术的基本原理和特点;着重分析两项不同3D打印技术在聚合物纳米复合材料领域的应用情况,总结3D打印聚合物纳米复合材料的性能特征和应用范围,以期为3D打印纳米复合材料的广泛应用奠定基础.     

3D打印制备碳纳米管/环氧树脂电磁屏蔽复合材料

采用3D打印技术制备具有连续通孔的环氧树脂基体,利用浸渍工艺将碳纳米管（CNTs）附着于环氧树脂基体孔壁,获得具有优异电性能和电磁屏蔽功能的CNTs/环氧树脂复合材料。研究结果表明,CNTs含量仅为2.86vol%时,CNTs/环氧树脂复合材料电导率高达35 S/m,总电磁屏蔽效能高达39.2 dB（厚度为2.0 mm）。研究表明,CNTs/环氧树脂复合材料对进入其内部电磁波的吸收占总屏蔽效能的98%,表现出吸收屏蔽为主导的电磁屏蔽机制。CNTs/环氧树脂复合材料的弯曲强度和弯曲模量相比环氧树脂基体也有一定的提高。该研究为具有优异电磁屏蔽性能的高分子基复合材料制备提供了新思路和方法。      

碳纳米管对3D打印混凝土流变性能及力学性能的影响

碳纳米管(MWCNTs)是一种性能优良的纳米材料,将其掺入3D打印混凝土(3DPC)中不仅会对基体内部微裂纹的生成和扩展以及3D打印混凝土的宏观力学性能产生显著影响,而且会影响新拌3D打印混凝土的流变性能。为了明确碳纳米管对3D打印混凝土性能的影响,通过设置六种碳纳米管掺量(0%、0.01%、0.02%、0.05%、0.08%、0.1%),研究了碳纳米管的掺量对3D打印凝土流变性能及力学性能的影响,并基于SEM测试结果进行了微观分析。研究结果表明：随着碳纳米管掺量的增加,3D打印混凝土的流动度逐渐下降,静态屈服应力、动态屈服应力逐渐增加。各龄期的抗折强度均随着碳纳米管掺量的增加而增大。随碳纳米管掺量的增加,3D打印混凝土的抗压强度先增大后减小,当碳纳米管掺量为0.05%时,其抗压强度最大。SEM结果显示,碳纳米管可以起到桥接和填充作用,能与基体紧密连接,阻止3D打印混凝土内部微裂缝和孔洞的生成与扩展,在较低掺量(不超过0.05%)下即能显著改善3D打印混凝土的微观结构。     

石墨烯/聚合物基复合材料3D打印成型研究进展

石墨烯因其优异的特性,被广泛用于制备聚合物基复合材料,而3D打印作为一种新兴的成型加工方式,正越来越多地应用到石墨烯/聚合物基复合材料的成型制造当中。本文介绍石墨烯/聚合物基复合材料的溶液混合、熔融混合以及原位聚合三种主要制备方式,重点论述喷墨打印成型、熔融沉积成型、立体光固化成型、选择性激光烧结等目前国内外用于石墨烯/聚合物基复合材料成型的3D打印方式及其各自的优势和劣势,以及3D打印成型的石墨烯/聚合物基复合材料制件在电子、能源、生物医学和航空航天等领域的应用,最后指出可打印性好、石墨烯分散均匀、功能特性优异的石墨烯/聚合物基复合材料的研制将会是未来该方向的研究重点。     

碳纳米管复合材料研究进展

综述了一维、二维、三维碳纳米管复合材料的制备、电学和力学性能及其应用前景。     

聚合物/碳纳米管复合材料研究进展

聚合物／碳纳米管复合材料近年来引起人们广泛的关注。本文综述了聚合物／碳纳米管复合材料的研究进展，重点介绍了聚合物／碳纳米管复合材料的类型、制备方法及力学、电学和光学性能等。     

连续纤维增强热塑性复合材料3D打印研究进展

连续纤维增强热塑性复合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites,CFRTPCs)具有强度高、寿命长、耐腐蚀和绿色可回收等优点,广泛应用于航空航天、交通运输和高精密加工装备等领域.传统复合材料制造工艺较为复杂、生产周期长且成本较高,先进的3D打印技术可...     

3D打印连续纤维增强聚酰胺复合材料机械性能研究

采用3D打印增材制造(ALM)工艺制造连续纤维增强聚酰胺复合材料零件。利用扫描电镜来观察复合材料制成的3D打印单丝的显微照片,利用拉伸、压缩性能测试评估复合材料的力学性能。结果表明,纤维的表面处理导致硅烷偶联剂与玻璃纤维表面有化学反应发生;3D打印玻璃纤维表面附着大量聚酰胺材料,并结合良好。试样沿纤维方向的拉伸曲线应力随应变呈线性变化,直到断裂,在应力达到550 MPa时,试样发生断裂,拉伸应变为4.23%;而在垂直于纤维方向上,断裂强度可以达到10.56 MPa,试样发生断裂时,拉伸应变为1.32%。复合材料沿纤维方向上的压缩断裂强度可达86.82 MPa,试样发生断裂时,压缩应变为0.62%;而在垂直于纤维方向上,压缩断裂强度可达13.95 MPa,试样发生断裂时,压缩应变为1.22%。     

基于熔融沉积3D打印聚乳酸基复合材料的研究进展

目的 半结晶性聚乳酸(PLA)因透明性好、力学性能优异、能生物降解等优点,在加工领域表现出适用范围广等特性,因此对PLA基复合材料在3D打印技术中的研究应用及最新进展状况进行总结,以期提供借鉴与参考。方法 以熔融沉积成型(FDM)、PLA基体为主线,在查阅近年中外文献基础上,分别从PLA结构性能、3D打印成型工艺、PLA基复合材料改性等方面进行了探讨,着重分析工艺参数的技术优化,以及复合材料的结构改性最新研究进展。结果 FDM制备PLA基复合材料的研究取得了丰硕的成果,在3D打印行业中表现优异,潜力巨大,商品化程度越来越高。结论 低廉、高效、可定制的3D打印受到国内外科研工作者广泛关注与青睐,随着新技术的不断探索和突破,以及纳米材质和新型聚合物材料等新型材质应用,使3D打印在成型加工技术上占据绝对优势。     

光固化3D打印聚合物材料的研究进展

作为新兴的快速成形技术,3D打印以其独特的制造优势,受到了生物医学、 航空航天、 智能器件等诸多领域的关注和青睐.3D打印是基于材料逐层堆积的原理,以计算机设计的三维模型为蓝本,采用加热熔融、 激光烧结或光照固化等方式,将材料逐层堆积,形成所需的实体零件.3D打印无需模具和繁琐的加工流程,可以按需设计和制备传统加工方式...     

聚合物/碳纳米管纳米复合材料研究进展

碳纳米管及其聚合物基纳米复合材料的研究是材料科学领域一个重要的研究方向,本文介绍了近年来碳纳米管的表面改性方法以及聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法、力学性能、导电性等方面的研究进展。     

选区激光熔化3D打印钛合金及其复合材料研究进展

选区激光熔化(SLM)3D打印技术作为近年来快速兴起的增材制造技术,在航空航天、国防和生物医疗用高性能钛合金及其复合材料关键及复杂结构件方面具有显著优势、发展潜力巨大.SLM 3D钛合金晶粒细小且常含有大量的α′马氏体,而SLM 3D钛基复合材料中则通常可以原位生成纳米尺度的TiBw和TiCp等陶瓷增强相,使得成形构件的力学性能显著优于铸件和粉末冶金制品水平.本文在介绍SLM 3D打印技术的原理与特点基础上,着重评述了其在钛合金及其复合材料的应用基础研究及工程应用进展,并对未来相关关键基础科学与技术问题进行了展望.     

碳纳米管/聚合物基复合材料研究进展

具有独特结构与优异性能的碳纳米管(CNTs)已成为聚合物复合材料的理想添加剂。介绍了CNTs/聚合物复合材料的制备方法及其在力学、电学和热学性能研究中取得的最新进展。分析了CNTs的含量、分散性、取向性以及表面功能化等因素对复合材料性能的影响。提出了CNTs/聚合物复合材料研究过程中面临的一些问题,并展望了这类复合材料的应用前景。     

碳纳米管增强聚合物复合材料的研究进展

论述了碳纳米管/聚合物纳米复合材料的各种制备方法和最新进展。详细讨论了碳纳米管/聚合物纳米复合材料的结构和性能,并对今后的研究方向进行了展望。     

聚合物/碳纳米管纳米复合材料性能研究进展

碳纳米管(CNT)可改善聚合物材料的诸多性能,是本世纪最有前景的改性剂之一.文中综述了近5年来,在聚合物/碳纳米管纳米复合材料(PCNC)多项性能(力学、电、热、阻燃、流变等)研究上取得的最新研究进展,讨论了材料中CNT的质量及含量、分散性、定向程度及表面化学改性(官能化)等因素与材料性能间的关系,还探讨了这类材料具有...     

粉末床电子束3D打印医用金属材料的研究进展

从材料研究的角度,综合评述了粉床电子束3D打印(SEBM)装备与技术的最新进展,对SEBM打印的骨科植入医用金属材料的力学性能以及存在的问题进行了总结。对未来SEBM技术在骨科植入材料领域的发展提出了若干建议。重点讨论了目前制约3D打印技术在骨科植入材料领域规模应用的限制因素和解决方法。     

选择性激光烧结3D打印聚合物及其复合材料的研究进展EI北大核心CSCD

选择性激光烧结技术(SLS)是一种以粉末为原料的3D打印技术,而高分子材料因其良好的理化性能和可加工性能,是运用最早且最为广泛的一种SLS材料,但目前SLS加工聚合物仍存在可加工材料种类少、制品性能低等缺点。通过向聚合物引入无机功能性填料制备SLS聚合物复合材料,是改善SLS聚合物制品的性能和实现制品功能化最简单可行的方法。文中介绍了适用于SLS打印的聚合物复合粉末的制备方法,综述了该领域国内外研究现状,并讨论了SLS高分子材料在未来的发展方向。     

碳纳米管/聚合物复合材料界面结合性能的研究进展

碳纳米管(CNT)优异的力学性能使其成为复合材料优选的增强体。CNT/聚合物复合材料的力学性能主要受其界面结合性能的影响。综述了CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究方法和研究现状。对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究,实验上采用微观表征技术、拉曼光谱分析技术和纳米力学拔出法,分子模拟方法则是通过对CNT施加位移或外力模拟CNT从聚合物基体中的抽拔过程。概述了聚合物的类型、晶态结构以及CNT的手性、功能化处理等因素对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的影响,并展望了CNT/聚合物复合材料界面结合性能未来研究的重点方向。     

人体植入医用材料的3D打印技术研究进展

3D打印技术是一种与传统制备方式完全不同的新兴技术,是基于三维数学模型,通过逐层增加材料来实现成型的技术。3D打印技术在个性化设计以及复杂结构产品制备方面具有独特的优势,在人体植入物的结构设计和制造领域具有巨大潜力和研究价值,吸引了国内外工业界、医学界和社会媒体的广泛关注。目前制约该技术发展的主要因素是可打印材料种类有限。综述了几种人体植入医用材料及其3D打印成型技术,如骨支架、心脏血管支架以及药物定向运输材料的3D打印制备技术,并分析了以上技术各自的特点。最后结合各种3D打印成型技术的特点以及几个应用案例,对3D打印在人体植入物医学领域的发展进行了展望。