美國華盛頓州立大學的研究人員研製出含均勻分散磁性顆粒的光固化樹脂,並透過數字光處理技術製備出磁性纖維增強聚合物基複合材料。
具有選擇性纖維取向的纖維增強聚合物基複合材料可用於生物結構、智慧材料和能源裝置等領域,磁場輔助還原光聚合是製備這類複合材料的理想方法,但現有3D列印用樹脂中磁性顆粒的分散穩定性較差,導致列印過程中磁性顆粒分佈不均勻。研究人員分別採用剛性甲基丙烯酸酯類聚合物和彈性丙烯酸酯類聚合物作為基體;以磁鐵礦顆粒為磁性顆粒,選用兩種不同偶聯劑對磁性顆粒進行表面改性,使其含有能與聚合物基體建立弱範德華鍵的官能團,以提高顆粒在樹脂中的分散穩定性;將表面改性的磁鐵礦顆粒透過超聲分別新增到兩種樹脂中,形成兩種磁性顆粒-樹脂混合物,透過數字光處理技術製備出磁性纖維增強聚合物複合材料。結果表明,隨著磁性顆粒含量增加(0.2~4%wt.),複合材料的楊氏模量逐漸增加;列印過程中使用磁場會在沿磁場方向形成短顆粒鏈,從而改善複合材料的力學效能。
這種磁性纖維增強聚合物基複合材料有望用於軟體機器人、永磁體、電動機等。
論文:Particle-resin systems for additive manufacturing of rigid and elastic magnetic polymeric composites