4D打印铺层结构和编织结构预成型体及其复合材料形状记忆性能
发布时间：2023-08-10 19:39
多向纺织结构,如三向机织物、多角度铺层、三维角联锁、三维正交、三维编织等,是制备轻质高强复合材料的常用结构,具有结构整体性好、优异力学性能、良好的损伤容限等优点。但传统多向纺织结构预成型体加工工艺复杂、耗时费力,有必要探索新的加工方式。增材制造(Additive manufacturing),也称3D(Three dimensional)打印,具有快速制造、精准成型等特点,可为多向纺织结构预成型体的加工提供新思路。将3D打印技术和刺激响应材料(例如形状记忆聚合物,SMP)相结合,便促成一个新研究分支-4D(four dimensional)打印,可用于快速制备智能复合材料。试件制备、结构优化和性能表征及提升等基础研究是研发4D打印纺织结构功能复合材料的重要前提,但目前相关研究较少。本文采用4D打印形状记忆聚乳酸(PLA)制备折纸结构、铺层结构、编织结构预成型体,通过μ-CT断层扫描成像、回复行为表征和热力学表征,研究回复温度、结构参数对形状回复行为和回复力的影响规律。针对热塑性SMP回复性能差的缺点,提出三种材料复合增强策略,即碳纳米管(CNT)填充PLA、硅树脂填充预成型体、弹簧钢片...
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 多向纺织结构预成型体
1.3 3D打印概述
1.3.1 3D打印方法与特点
1.3.2 3D打印件结构表征
1.3.3 3D打印多向纺织预成型体及复合材料研究进展
1.4 形状记忆聚合物
1.4.1 不同刺激方式形状记忆聚合物研究进展
1.4.2 形状记忆聚合物基复合材料研究进展
1.5 4D打印研究进展
1.5.1 4D打印变形实现策略
1.5.2 4D打印纺织结构预成型体研究进展
1.6 研究目标及内容
1.7 本研究创新点
第二章 4D打印折纸和铺层及编织结构预成型体形状记忆性能
2.1 实验材料与热学性能
2.1.1 实验材料
2.1.2 热学性能
2.2 试样制备方法
2.3 形状回复性能表征方法
2.3.1 形状回复率
2.3.2 回复力
2.4 4D打印Miura折纸试样回复性能
2.4.1 平铺和管状折纸结构设计
2.4.2 平铺折纸形状记忆行为
2.4.3 管状折纸形状记忆行为
2.4.4 平铺和管状折纸回复力
2.5 4D打印铺层结构预成型体形状记忆性能
2.5.1 试样结构
2.5.2 形状回复率
2.5.3 回复力
2.5.4 序列展开驱动器设计与展示
2.6 4D打印编织结构预成型体形状记忆性能
2.6.1 试样结构
2.6.2 形状回复率
2.6.3 回复力
2.7 本章小结
第三章 4D打印铺层和编织预成型体及其硅树脂复合材料形状记忆性能
3.1 实验材料与热学性能
3.1.1 实验材料
3.1.2 热学性能
3.2 试样制备
3.3 实验表征
3.3.1 微观形貌表征
3.3.2 X-射线μ-CT表征
3.3.3 弯曲测试
3.4 实验结果分析
3.4.1 SEM表征
3.4.2 μ-CT成像表征
3.4.3 形状回复率
3.4.4 回复力
3.4.5 弯曲性能
3.5 本章小结
第四章 弹簧钢/形状记忆聚合物层叠复合材料形状记忆性能
4.1 试样制备与表征方法
4.1.1 试样制备
4.1.2 形状回复率与回复力测试
4.2 协同效应机理
4.3 协同效应机理验证
4.4 回复行为协同效应
4.4.1 不同堆叠构象
4.4.2 不同SMP填充率
4.4.3 不同SSS厚度
4.4.4 多次循环形状回复行为
4.5 回复力协同效应
4.5.1 不同堆叠构象
4.5.2 不同SMP填充率
4.5.3 不同SSS厚度
4.6 本章小结
第五章 电激活4D打印铺层结构预成型体形状记忆性能
5.1 电学性能
5.1.1 导电性验证
5.1.2 体积电阻率表征方法
5.1.3 电阻率温度效应结果分析
5.2 焦耳热升温
5.2.1 表面温度测量
5.2.2 打印参数对焦耳热升温速率和温度分布影响
5.3 打印参数对电激活回复行为影响
5.3.1 试样表征
5.3.2 打印速度
5.3.3 打印层厚
5.3.4 打印角度
5.4 多次电激活回复行为
5.5 远程序列控制电激活形状记忆行为
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间发表论文
致谢
本文编号：3841103
【文章页数】：113 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 多向纺织结构预成型体
1.3 3D打印概述
1.3.1 3D打印方法与特点
1.3.2 3D打印件结构表征
1.3.3 3D打印多向纺织预成型体及复合材料研究进展
1.4 形状记忆聚合物
1.4.1 不同刺激方式形状记忆聚合物研究进展
1.4.2 形状记忆聚合物基复合材料研究进展
1.5 4D打印研究进展
1.5.1 4D打印变形实现策略
1.5.2 4D打印纺织结构预成型体研究进展
1.6 研究目标及内容
1.7 本研究创新点
第二章 4D打印折纸和铺层及编织结构预成型体形状记忆性能
2.1 实验材料与热学性能
2.1.1 实验材料
2.1.2 热学性能
2.2 试样制备方法
2.3 形状回复性能表征方法
2.3.1 形状回复率
2.3.2 回复力
2.4 4D打印Miura折纸试样回复性能
2.4.1 平铺和管状折纸结构设计
2.4.2 平铺折纸形状记忆行为
2.4.3 管状折纸形状记忆行为
2.4.4 平铺和管状折纸回复力
2.5 4D打印铺层结构预成型体形状记忆性能
2.5.1 试样结构
2.5.2 形状回复率
2.5.3 回复力
2.5.4 序列展开驱动器设计与展示
2.6 4D打印编织结构预成型体形状记忆性能
2.6.1 试样结构
2.6.2 形状回复率
2.6.3 回复力
2.7 本章小结
第三章 4D打印铺层和编织预成型体及其硅树脂复合材料形状记忆性能
3.1 实验材料与热学性能
3.1.1 实验材料
3.1.2 热学性能
3.2 试样制备
3.3 实验表征
3.3.1 微观形貌表征
3.3.2 X-射线μ-CT表征
3.3.3 弯曲测试
3.4 实验结果分析
3.4.1 SEM表征
3.4.2 μ-CT成像表征
3.4.3 形状回复率
3.4.4 回复力
3.4.5 弯曲性能
3.5 本章小结
第四章 弹簧钢/形状记忆聚合物层叠复合材料形状记忆性能
4.1 试样制备与表征方法
4.1.1 试样制备
4.1.2 形状回复率与回复力测试
4.2 协同效应机理
4.3 协同效应机理验证
4.4 回复行为协同效应
4.4.1 不同堆叠构象
4.4.2 不同SMP填充率
4.4.3 不同SSS厚度
4.4.4 多次循环形状回复行为
4.5 回复力协同效应
4.5.1 不同堆叠构象
4.5.2 不同SMP填充率
4.5.3 不同SSS厚度
4.6 本章小结
第五章 电激活4D打印铺层结构预成型体形状记忆性能
5.1 电学性能
5.1.1 导电性验证
5.1.2 体积电阻率表征方法
5.1.3 电阻率温度效应结果分析
5.2 焦耳热升温
5.2.1 表面温度测量
5.2.2 打印参数对焦耳热升温速率和温度分布影响
5.3 打印参数对电激活回复行为影响
5.3.1 试样表征
5.3.2 打印速度
5.3.3 打印层厚
5.3.4 打印角度
5.4 多次电激活回复行为
5.5 远程序列控制电激活形状记忆行为
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间发表论文
致谢
本文编号：3841103
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3841103.html