3D打印技术的应用为反应性材料复杂结构的制备提供了很好的技术支持,能够比较简单地实现正方形网格结构、菱形网格结构、类蜂巢网格结构的打印制备,并控制整体含能材料复杂结构的尺寸在10 mm内,甚至更小。目前可用于3D打印的最小针头为0.08mm,获得的铝热剂线条最小表观直径为0.15mm;通过粘结剂含量的调节可以使打印的线条具有相应的柔韧性,在干燥储存过程中不发生断裂。
拍摄的照片显示,复杂结构顶层部分出现了向内收缩的现象,而与基板贴合的底层没有收缩现象,导致最终形成的三维结构展示出上层小、下层大的锥型走向。其主要原因是,出现收缩现象的三维结构使用的复合材料中含有相对较多的粘结剂,在干燥过程中由于溶剂的挥发导致粘结剂析出时变干变硬,对组分之中的微观颗粒进行拉扯作用,宏观上就展现出了收缩现象。另外,底层的复合材料由于基板的支撑作用,没有特别明显的收缩现象出现,但是收缩的趋势仍然存在。
四种颜色代表四种不同的元素,图中显示四种元素在整个扫描范围内都有分布,且分布的量比较均匀,这证明了制备的复合材料中各组分均匀分布,具有良好的均匀性和统一性。在3D打印过程中能够更顺利地打印书写,不会轻易出现堵塞针头、停笔、线条断裂的状况。
流变性能的测试为PTFE/Al复合材料的3D打印提供理论基础,利用3D打印技术打印了多样的复合结构。有单组份变直径线条、多组分复合线条、单组份圆形花纹、单组份长方体结构以及轴向梯度圆柱和径向梯度圆柱等,3D打印的各种结构都表现出了良好的成型性能。
粘结剂含量保持不变,都为10 wt%,这五种不同PTFE与Al质量比的PTFE/Al复合材料具有一样的孔隙率,且存在的微孔孔径大致为300 nm~600 nm,并且分布状况较为均匀。此外,微观结构图中出现的一些尺寸较大的球形颗粒,这主要是原料当中存在的大粒径Al颗粒,并不是因为纳米材料的团聚而形成的大颗粒。
伴随着PTFE与Al质量比从50:50到70:30,PTFE/Al复合材料中的PTFE含量增加,而PTFE颗粒相对于Al颗粒具有更大的尺寸,所以从微观结构图中也能看到复合材料表面的粗糙程度也在增加。
CuO/Al复合材料、PTFE/Al复合材料的实验设计制备、复合墨水流变性能的测试表征、三维结构的3D打印成型以及对三维结构表面微观结构的测试表征。流变性能方面,CuO/Al复合油墨和PTFE/Al复合油墨的黏度都随着剪切速率的增加而快速降低,属于典型的非牛顿流体。
此外,两种复合油墨在可剪切的范围内都保持着较好的成型性能(储能模量大于损耗模量),伴随着剪切应力的增加出现了相对的屈服应力值,屈服应力随着粘结剂含量的变化和组分比例的改变呈现出增大和减小的趋势。
两种复合油墨经过3D打印成功构建了多种稳定的三维结构,其中包括了CuO/Al复合材料制备的立方网格结构(10 mm×10 mm×6 mm),大约40层,每层高度为0.15mm,网格内部线条的表观直径也为0.15 mm;蜂窝网格(10 mm×7 mm×4 mm)、菱形网格(10 mm×7 mm×4 mm)等异形结构。另外也包含了使用PTFE/Al复合油墨构建的直径40 mm,高度4 mm的圆形花纹结构,填充度约40%。这些三维结构体现了3D打印技术精确的特点,能够有效快速地构建微小型含能复合结构。
将待测试样和参比物(热惰性物质)置于同一条件的炉体中,按给定程序等速升温或降温,当加热试样在不同温度下产生物理、化学性质的变化(如相变,结晶构造转变,结晶作用,沸腾,升华,气化,熔融,脱水,分解,氧化,还原……及其他反应)时,伴随吸热或放热,试样自身的温度低于或高于参比物质的温度,即两者之间产生温差。温差的大小(反应前和反应后二者的温差为零)和极性由热电偶检测,并转换为电能,经放大器放大输入记录仪,记录下的曲线即为差热曲线。
燃烧速率测试主要分为三个部分:
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