4D打印磁响应形状记忆环氧树脂基复合材料制备与性能

邓攀, 吴志, 孙纪烨, 鲁麟蛟, 单熠莲, 杜建科, 张明华 (宁波大学　机械工程与力学学院)

摘要：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(Rf) 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(Rr) 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。

关键词：4D 打印；环氧树脂；形状记忆聚合物；磁响应；直写打印；增韧