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基于数字光处理3D打印丙烯酸酯树脂增韧策略的研究认领

作者：

刘爽

学位授予单位：

福建师范大学

摘要：

3D打印技术正广泛应用于原型设计和工程零件的制备。3D打印技术通常采用丙烯酸酯树脂为原料,通过自由基聚合生成交联网络,因此制成的零件通常硬而脆。虽然对丙烯酸酯进行分子改性是提高打印件韧性的有效途径,但却牺牲了所制打印件高弹性模量的优势。如何在有效保证高模量的同时提高材料的抗冲击性能成为现阶段3D光固化树脂研究的热点和焦点。本论文通过改性和合成,分别制备了改性环氧丙烯酸树脂和聚氨酯丙烯酸树脂,并通过光固化3D打印进行样件制备,研究其机械性能和热稳定性能,并分析了核壳粒子（core-shell particles,CSP）对丙烯酸树脂的增强增韧机理以及不同稀释剂对丙烯酸树脂的影响。具体研究内容如下: （1）利用CSP在环氧树脂中的优异分散性,通过原位改性方法制备了丙烯酸改性的CSP乳液。具体而言,首先制备以有机硅为核和含有环氧基团接枝壳的CSP,并将其分散在环氧树脂基体中,得到环氧树脂基的核壳乳液;随后通过与丙烯酸的开环加成反应,将壳外的环氧官能团改性为丙烯酸酯官能团,使其具有光固化活性。（2）将上述制备的丙烯酸酯核壳乳液低聚物和活性稀释剂混合,制备了一种黏度适中,增韧型可3D打印光固化树脂。通过光固化3D打印机对所制树脂制备样条进行测试发现:当CSP含量为3%w/w时,弯曲强度相较于初始样品提高了30%,当CSP含量为7%w/w时,冲击强度相较于原样提高了147.9%。这种原位改性增韧光固化树脂还具有更优的稳定性,从而延长树脂的储存期。相关的尺寸精度打印测试也表明所制备的紫外光固化树脂具有良好的尺寸稳定性。（3）随后从分子设计角度出发,为了提高分子链段间氢键作用力进而提高所制样件的韧性,合成了以聚己内酯（PCL,Mn=550）作为软段,异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）作为硬段,丙烯酸羟乙酯（HEA）作为封端剂的高粘聚氨酯丙烯酸酯低聚物,同时探究了不同种类活性稀释剂对材料的韧性影响,包括链状单官能团稀释剂丙烯酸异辛酯（EHA）、链状双官能团稀释剂1,6-己二醇双丙烯酸酯（HDDA）、环状单官能团稀释剂丙烯酸异冰片酯（IBOA）和环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯（CTFA）。具体而言,研究发现室温下四种稀释剂都能大幅降低树脂的粘度,使其能够被商用3D打印机打印。有较高交联密度的PUA-HDDA,其拉伸强度较高为5.5MPa。具有环状结构的PUA-IBOA抗冲击性能最高达24.53k J/m2。PUA-EHA的Tg最低,但拉伸断裂伸长率最高为81%。并且PUA复合材料具有较高的透明度。

摘要译文

关键词：

3D打印; 光固化树脂; 复合材料; 机械性能

学位年度：

2023

学位类型：

硕士

学科专业：

材料与化工（专业学位）

导师：

吴立新

中图分类号：

TQ325.7[聚丙烯酸酯树脂及塑料⑨]

学科分类号：

080501[材料学];081702[化学工艺]

D O I：

10.27019/d.cnki.gfjsu.2023.001834