1。简介选择性激光烧结(SLS)是一种添加剂制造(AM)技术,它通过使用激光在每个计算机辅助设计(CAD)文件的切片中使用激光在粉末状聚合物材料的床上选择性地融化3D模型(图。1a)。SLS的常用聚合物是多酰胺11和12粉,使用温度范围为150-185°C [1-2]。Recently semi-crystalline PEEK of varied LS-grade powders with a melting temperature (T m ) of 343-370°C, were heated up to 380°C to be manufactured into 3D objects by a more elaborate high temperature laser sintering (HT-LS) machine and process, affording PEEK components with a glass transition temperature (T g ) of 150°C [3-4].然而,与传统处理的材料相比,这些热塑性聚合物构建的3D物体的强度通常很弱,这是因为它们由AM加工产生的固有较高的孔隙率以及在Z方向上缺乏聚合物链间连接。因此,对于250-300°C的热固性聚合物开发激光烧结过程至关重要,对航空应用使用能力。最近,将热固性二甲酰亚胺树脂与热导电碳微气泡混合在一起,以提高其激光可吸收性以成功激光烧结[5]。为了克服树脂的低粘度,标准的RTM370树脂在300°C进一步加热2-3小时,以通过促进链扩展,同时仍保持融化融化性处理性,从而提高粘度,从而避免在树脂内部反应性PEPA端盖进行广泛的交联。Initially we have attempted to print a melt-processable RTM370 thermoset polyimide oligomer powder terminated with reactive phenylethynylphthalic (PEPA) endcaps by laser sintering into a 3D objects [6], but soon realized the viscosity of the material originally developed for resin transfer molding (RTM) was too low, and the laser seemed only melted the resin without固化反应性PEPA端盖,从而导致带有空隙的标本。进一步上演的RTM370能够以LS的完整性进行3D打印样品(图1b)。
聚合物基复合材料 (PMC) 因其优良的性能和较高的强度重量比而广泛应用于风能行业的主要承重部件[1]。然而,制造这种复合材料仍然是一项艰巨的任务。随着固化的进行,成分基质的化学流变和热机械性能会发生变化。化学收缩、放热产热和成分材料性能不匹配等多种多物理现象进一步影响原位基质响应,并导致制造过程中残余应力的积累、变形和损坏[2-9]。这些残余应力对复合材料性能的改变程度尚不完全清楚。基于准确而全面的材料表征的过程建模模拟可以填补这一知识空白。由此产生的过程模型可用于优化复合材料制造,以提高风能应用复合部件的性能。过程建模利用强大的计算分析工具,能够准确预测复合材料在受到各种热机械载荷时的微尺度响应[2-8,10-16]。许多基于航空级复合材料的计算研究报告了现象学和本构关系,以预测基质固化的演变[17],估计工艺引起的残余应力产生[18-27],并评估其对加工复合材料性能的影响[3-6、8、10、11、28]。然而,由于缺乏完整的固化和温度相关材料属性数据集,此类研究通常依赖室温数据或采用确定性基质属性进行分析。因此,
替代树脂系统的树脂系统,2023年6月,由Sphera Solutions,Inc。为Exxonmobil技术和工程公司编写。这项研究已根据独立的第三方关键审查小组确认根据ISO 14067:2018(温室气体 - 产品的碳足迹 - 要求和定量指南)进行确认。**在这项生命周期评估(LCA)研究中评估的所有树脂均涉及成型应用中使用的类型。具体来说,环氧树脂系统是VARTM风叶片生产中使用的类型。树脂系统代表配制的树脂系统,包括任何必需的固化硬化剂或催化剂。敏感性范围是聚氨酯,乙烯基酯和环氧系统的基于文献综述和Sphera Solutions,Inc。的数据。
问题虽然热塑性材料广泛应用于增材制造 (AM),并已显示出强度高、重量轻和生产成本相对较低等优势,但它们也具有某些缺点,例如熔化温度较低以及在长期应力负荷下容易拉伸和变弱。由于熔丝制造 (FFF) 和熔粒制造 (FGF) 等方法只能处理热塑性材料,因此迫切需要开发新的挤出方法来处理具有低热膨胀系数 (CTE) 的热固化热固性材料,以用于高强度和高温应用。即使是当今最先进的打印机产品也存在差距,禁止使用工业和军事相关应用中常见的高级热固性复合材料。
摘要:迫切需要找到可持续的方法来生产不含双酚 A 的高性能热固性材料,用于太空或航空航天领域等特定应用。在本研究中,选择了芳香族三环氧物三(4-羟基苯基)甲烷三缩水甘油醚 (THPMTGE),通过与酸酐共聚来生成高交联网络。事实上,制备的热固性材料的凝胶含量 (GC) 约为 99.9%,玻璃化转变值介于 167–196 ◦ C 之间。通过 DMA 分析检查的热机械性能表明材料非常坚硬,E ′ 约为 3–3.5 GPa。热固性材料的刚性由杨氏模量值确认,杨氏模量值介于 1.25–1.31 GPa 之间,断裂伸长率约为 4–5%,拉伸应力约为 35–45 MPa。 TGA 分析强调了非常好的热稳定性,优于 340 ◦ C。还评估了极限氧指数 ( LOI ) 参数,显示了具有良好阻燃性能的新材料的开发。
聚醚醚酮 (PEEK) 可直接打印成高性能部件。[1–5] 然而,仍有大量材料难以适应 3D 打印。例如,热固化的热固性材料(如环氧树脂和有机硅)因其机械性能、耐化学性和热稳定性的结合而广泛应用于许多应用中。[6] 然而,这些聚合物通常是双部分系统,必须混合,然后需要几分钟到几小时才能交联并完全固化。这些热固性材料会长时间保持液态,因此很难进行高保真度的 3D 打印,因为它们会流动并且不会保持其预期的几何形状。基于挤出的直接油墨书写 (DIW) 已经成功打印了环氧树脂和有机硅等热固性材料,但通常需要修改油墨成分和流变性以使其具有触变性,或使已经具有触变性,以允许在空气中打印。 [7,8] 此外,DIW 面临着与相关熔融沉积成型 (FDM) 类型方法相同的几何约束,例如悬垂结构和独立结构如果不使用支撑材料则难以打印。这些对可用于 3D 打印的材料和几何形状的限制严重限制了使用慢固化液体预聚物和软材料制造部件的复杂性。自由形式可逆嵌入 (FRE) 3D 打印是一种最近开发的技术,用于打印软质和液体材料并克服了这些挑战。[9] FRE 和相关的嵌入式 3D 打印技术首次由 Feinberg 和 Angelini 团队于 2015 年在不同的论文中描述,涉及将预聚物挤压到具有屈服应力的微凝胶基支撑浴中。 [10,11] 与将细丝挤出到平台上的典型 FDM 方法不同,在 FRE 中,所选材料(通常称为墨水)直接挤出到支撑槽中并固定到位,直到固化。支撑槽还大大减少了重力的影响,并且通常不需要任何额外的打印支撑结构。尽管有这些优势,但 FRE 工艺仍然存在独特的挑战
热固性。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19玻璃过渡温度(T G)和使用温度。。。。。。。。。21热挠度温度或热失真温度(HDT)。。。。。。。21个常见的热固性矩阵系统。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22个混合树脂。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24个生物黄星。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。25固化和交联的原则。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。27
摘要这项研究考虑了热塑性和热固性在界面处的延伸层压层之间的粘附。通过机械测试和显微镜研究了过程开始时热固性治愈程度的影响。提高初始治愈程度降低了层间断裂韧性和相间厚度。断裂韧性降低到相间厚度不成比例,这归因于相间形态的变化和界面处的表面接触降低。使用凝胶层厚度测量数据开发了一个简化的模型,以预测扩散水平,而初始治疗的初始度增加。与热固性 - 热固性共固化相比,在较低的初始治愈程度下具有优异的键强度,并且预测对初始治愈程度的敏感性提高,这表明过程变异性的影响更大。因此,对于特定财产的关键批判性,从半固定中潜在的制造效率提高与降低的效率之间的权衡将是一个重要的考虑因素。
3. 热塑性与热固性预浸料 3.1 材料化学和反应性 热固性与热塑性是两种聚合物材料,通过将聚合物基质与纤维结合,可用于加工复合结构部件。高性能热固性基质由不同环氧树脂与硬化剂和催化剂的复杂配方组成,需要在低温下储存以防止聚合放热反应开始。在部件加工过程中,未固化材料在接近 180°C 的温度下加热以形成网状网络,从而获得所需的机械性能。这种聚合化学反应需要由部件制造商控制,但不可逆。关于热塑性塑料,配方的优势在于远离 REACH 法规,并且材料供应商已聚合供应。供应的聚合物由排列成无定形和结晶相的大分子线性链组成(半结晶聚合物)。这涉及到