[发明专利]一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺

说明书

一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺，先选取热固性树脂预聚物、高温固化剂、光固化树脂预聚物和光引发剂作为预浸原料，将其加热混合均匀后，采用连续干纤维丝束预浸此树脂预聚物体系，浸渍之后冷却制得连续纤维增强热固性树脂基复合材料丝材；将复合材料丝材输送到3D打印头中，再次加热，熔融的丝材从打印喷嘴牵引出来，丝束一经牵引出来后立即通风冷却，时经过随动紫外光源辐照，完成预固化；循环逐层打印，从而制得预成型构件；最后将预成型构件置于可引发热固化反应的温度环境下固化成型，最终制得3D打印成型构件，本发明实现连续纤维增强热固性树脂基复合材料构件的3D打印快速成型。

技术领域

本发明涉及复合材料3D打印技术领域，具体涉及一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺。

背景技术

3D打印技术是一种以数字模型为基础，通过运用金属粉末或塑料的线性丝材等可粘合的材料，以逐层打印或逐层选择性粘结的方式，来构造实体的快速增材制造技术。3D打印耗材是3D打印的物质基础，也是限制3D打印进一步发展应用的瓶颈。目前，3D打印耗材主要分为陶瓷类、金属类、复合材料类和聚合物类四种，常用的3D打印耗材主要为纯热塑性丝材，包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)等。其缺陷是明显的：承载能力弱，层间性能极差，拉伸强度不足等等，这些缺陷严重地限制了其进一步的应用与发展。

根据最新的文献显示，国内外高校及知名企业研发团队均开始尝试将纤维作为增强体复合普通3D打印耗材进行3D打印试验。目前，短切纤维增强热塑性树脂基复合材料3D打印技术已经实现，但是由于短切纤维的添加量，长径比等始终存在极限，而且热塑性树脂自身存在的收缩开裂，翘曲变形，耐热性耐腐蚀性差，强度硬度低等诸多缺点，其对于最终复合材料成型构件力学性能的增强有限。为了彻底解决上述问题，大幅提高纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能，使其能够满足工程领域要求，已有机构开始从热固性树脂基体和连续纤维增强体入手，研制短切纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印和连续纤维增强热塑性树脂基复合材料3D打印。

综上所述，目前现有技术并没有实现连续纤维增强热固性树脂基复合材料的3D打印。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺，实现连续纤维增强热固性树脂基复合材料构件的3D打印快速成型。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺，包括以下步骤：

步骤一，选取常温下为玻璃态的热固性树脂预聚物、高温固化剂、光固化树脂预聚物和光引发剂作为预浸原料，将其加热至热固性树脂预聚物的粘流化温度以上，高温固化剂开始引发热固化反应的临界温度以下，混合均匀后，直接采用连续干纤维丝束，预浸此树脂预聚物体系，浸渍之后通过冷却温度至热固性树脂预聚物的玻璃化温度以下，制得已添加固化剂却未固化的适用于3D打印的连续纤维增强热固性树脂基复合材料丝材；

步骤二，利用步骤一制得的连续纤维增强热固性树脂基复合材料丝材，输送其进入到3D打印头中，再次加热温度至热固性树脂预聚物的粘流化温度以上，高温固化剂开始引发热固化反应的临界温度以下，熔融的丝材穿过打印头并附着于打印平台上的纤维丝束，丝束一经牵引出来后立即通风冷却，从而迅速附着于打印平台上凝固定型，同时经过随动紫外光源辐照，完成预固化；循环上述过程逐层打印，从而制得纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印预成型构件；

步骤三，将步骤二制备的预成型构件置于可引发热固化反应的温度环境下，激发高温固化剂引发热固化聚合交联反应彻底固化成型，最终制得综合性能优异的纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印成型构件。