光固化3D打印改性碳纤维/光敏树脂复合材料的制备与性能调控

光固化3D打印技术因成型速度快、器件精度高、表面质量好,已成为3D打印快速制备高精尖器件的首选方法,但现有3D打印光敏树脂仍存在器件力学强度低、韧性差等问题。碳纤维因导电、导热、高比强度、高比模量等特性,已被广泛应用于各种结构或功能复合材料。为此,先采用化学氧化、硅烷偶联剂(KH580)改性等手段对短切碳纤维进行表面改性得到KH580改性碳纤维(MCF);再将MCF与3D打印光敏树脂(PR)复合得到改性碳纤维/光敏树脂(MCF/PR)复合材料,并对其光固化动力学和3D打印器件的力学性能进行了详细研究。结果表明:当MCF表面的KH580接枝量为0.5wt%、MCF添加量为0.15wt%时,虽然MCF与PR复合后使光敏树脂的黏度有所增大,但对光敏树脂的固化深度与临界曝光量影响较小,仍能满足光固化3D打印要求;利用立体光刻技术(Stereolithography,SLA)光固化3D打印工艺能很好地制造出各种MCF/PR器件,器件的拉伸强度可达70 MPa,与纯PR相比增加了约100%,冲击强度为1.91 kJ/m^(2),较PR提高了约60%,且3D打印器件在350℃下具有良好的热稳定性。