纳米复合材料:青岛SLA3D打印和氧化石墨烯弹性体
发布时间:2020-02-19 16:57
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CHA Tsang,Adilet Zhakeyev,Dennis YC Leung和Jin Xuan的作者CHA Tsang,Adilet Zhakeyev,Dennis YC Leung和Jin Xuan 在“ 通过3D打印光刻技术制造的GO改性柔性聚合物纳米复合材料 ”中,探索在SLA 青岛3D打印中创建更坚固材料的挑战。尽管当今氧化石墨烯和其他金属经常用于增材制造过程中,但在本研究中,它们首次被集成到光敏聚合物树脂中。

复合材料的受欢迎程度继续提高,其材料得到了进一步的发展,这可能使研究人员或任何级别的用户都可以创建成功的零件或原型。“外来材料”的添加可以改善性能,氧化石墨烯可以提供更好的机械强度以及令人印象深刻的导电性。

弹性体,表现出粘弹性的塑料,包含多种化学物质,包括:

  • 聚偏二氟乙烯(PVDF)
  • 聚氨酯
  • 苯乙烯-丁二烯橡胶
  • 天然胶乳
  • 天然橡胶

近年来,通过各种研究开发了氧化石墨烯(GO)弹性体,其组合为:

  • 熔融混合
  • 溶液/胶乳结合
  • 原位聚合
  • 电影冲洗

改性弹性体已显示出优于纯弹性体的优异机械性能,但由于“复杂的合成过程”,在制造它们方面面临挑战。3D打印已经改变了这一点,但是正如作者所解释的那样,在优化方面仍然有很大的进步。

研究人员指出:“有一些报道详细介绍了GO涂料与青岛3D打印弹性体之间的结合,并最终应用于实际应用。” “但是,它们都不涉及GO /商业弹性体复合材料的直接3D打印。”

对于大多数研究团队来说,仍然存在学习曲线:必须选择适合GO分散的溶剂。树脂可能需要进行预处理。并且,关于在SLA中使用此类复合材料进行3D打印,需要更大的报告。

对于本研究,使用了自下而上的SLA方法,一旦零件干燥,就用UV灯固化。之后,研究人员将样品抛光。

为了进行比较,还制备了两种纯树脂3D结构,其中一种不包含GO且没有预处理步骤,而另一种不包含GO但经过氯仿进一步处理,其步骤类似于GO /树脂混合物处理,如下所示: ”,作者解释说。

“拉伸应力的计算方法是将测得的力归一化为样品的横截面积,而施加的应变则作为位移量进行归一化,归一化为样品的标距。使用曲线的线性区域的线性回归,将杨氏模量计算为归一化应力-应变曲线的斜率。”

来自纯聚合物和具有不同GO浓度的GO / Formlabs柔性纳米复合材料的3D结构的数字图像:(a)0 wt-%GO;(b)CH 3 Cl蒸发后GO为0重量%;(c)0.1重量%的GO;(d)0.2重量%的GO;(e)0.3重量%的GO。

虽然使用具有不同GO含量的柔性半透明树脂创建3D打印块,但将树脂与原始GO结合后,GO改性的SLA打印的柔性聚合物纳米复合材料变成了深绿色。

0.1 wt%GO / MA原始凝胶的TEM图像(比例尺:(a)0.5 µm,(b)0.2 µm,(c)100 nm,(d)1 µm)。

(a)和(b)在不同放大倍数下分散在氯仿中的原始GO的TEM图像; (c,d)对应的SEM图像(比例尺:(a)0.2 µm,(b)100 nm,(c)10 µm,(d)1 µm)。

“尽管成功地掺入了GO,但机械强度和刚度(杨氏模量)以及所得聚合物的伸长率随GO的加入而降低。” 基于DSC和TGA的结果,GO含量的增加也对热性能产生了不利影响。” “有人提出,GO在SLA树脂中的不均匀分散会在3D打印的复合材料中引起大量的GO附聚,这会显着改变所得纳米复合材料的机械和热性能。

“为进一步发展青岛3D打印纳米复合弹性体,提出了对在SLA树脂中实现GO均匀分散的有效方法的进一步深入研究,以及GO /弹性体纳米复合材料的退火处理以进行机械和热增强的建议。”