4D打印磁响应形状记忆环氧树脂基复合材料制备与性能

以环氧树脂(EP51)为基体,乙炔炭黑(ACB)和镍粉(Ni)为填料,聚醚多元醇(PPG)为增韧剂共混制成打印墨水,利用直写3D打印机制备ACB-Ni/EP51复合材料。通过流变仪、直写3D打印机对墨水的流变性能和可打印性进行表征;通过拉力实验机(UTM)、扫描电镜(SEM)、动态热机械分析仪(DMA)、差示扫描量热仪(DSC)对材料力学性能、微观形貌、动态力学性能、差热性能和形状记忆效应进行表征,探究了填料含量对墨水和材料性能的影响。结果表明:ACB含量达到12wt%时,墨水具有良好的可打印性;当Ni粉含量达到16wt%时,打印针头堵塞造成打印不连续、不均匀。固化后生成的“海岛”增韧结构使材料拉伸强度明显提高(60 MPa以上)。随着Ni粉含量增加,对拉伸强度的影响由促进变为削弱。当Ni粉含量从6wt%增加至14wt%,形状固定率(R_(f))从99.4%降至94.2%。在300 kHz交变磁场作用下,形状发生回复,Ni粉含量增加使形状回复率(R_(r))和回复速率升高,Rr从94.8%提升至99.1%,回复时间从39 s缩短至17 s。Ni-ACB/EP51复合材料具有较好的形状记忆性能,在空间可展开结构、驱动器及4D打印等方面有一定的应用前景。