強(qiáng)韌水凝膠的3D打印工藝及機(jī)理研究.pdf

1、水凝膠因其獨(dú)特的機(jī)械性能、優(yōu)良的生物相容性等性質(zhì)，在生物醫(yī)藥、智能材料、新型傳感器等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用空間。而近年來(lái)，隨著高強(qiáng)度高韌性水凝膠研究工作的進(jìn)一步深入，使水凝膠的機(jī)械性能得到了顯著提升，應(yīng)用前景更加廣闊。但是隨之而來(lái)的難題是高強(qiáng)度高韌性合成水凝膠的交聯(lián)過(guò)程普遍比較復(fù)雜，因此，此類(lèi)水凝膠的成型性和可加工性較差，無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的加工工藝制備復(fù)雜的功能結(jié)構(gòu)和器件。借助近幾年3D打印技術(shù)的迅速發(fā)展和成熟，水凝膠材料又增加了一種新型加工方

2、式，解決了原本加工困難的問(wèn)題。但是，目前要將3D打印應(yīng)用到高強(qiáng)度高韌性水凝膠的制備中還面臨諸多挑戰(zhàn)?；诖吮尘埃菊撐闹饕_(kāi)展對(duì)一種新型高強(qiáng)度高韌性水凝膠的3D打印制備成型研究工作，從水凝膠制備、3D打印平臺(tái)搭建、水凝膠3D打印性能研究、水凝膠固化機(jī)理研究四個(gè)方面闡述了相關(guān)研究工作。
　　本論文首先從一種高強(qiáng)度高韌性聚離子水凝膠(PIC)的合成入手，在已有的相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上改進(jìn)合成工藝，改善水凝膠的內(nèi)部缺陷，得到了強(qiáng)度和韌性更

3、為突出的N，N，N-三甲基-3-(2-甲基烯丙酰氨基)-1-氯化丙銨/對(duì)苯乙烯磺酸鈉(PMPTC/PNaSS)聚離子水凝膠材料。在此基礎(chǔ)上，測(cè)定了PIC水凝膠的流變性能以及在壓模加工條件下的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量、斷裂應(yīng)變、斷裂能等性能參數(shù)，為3D打印加工方式提供了參考標(biāo)準(zhǔn)。
　　針對(duì)水凝膠3D打印的需求，本論文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和擠出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了打印噴頭在三維空間中的運(yùn)動(dòng)控制和溫度控制。對(duì)PIC水凝膠3D打印性能的研究是本論

4、文的重要內(nèi)容。本文從可打印性、打印精度、打印對(duì)水凝膠機(jī)械性能的影響三個(gè)方面介紹了相關(guān)研究工作，并從水凝膠的流變性以及固化速度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了解釋。在PIC水凝膠打印性能的研究基礎(chǔ)上，本文還展示了若干復(fù)雜結(jié)構(gòu)的打印結(jié)果和一個(gè)典型的打印案例，證明了PIC水凝膠優(yōu)秀的3D打印性能。
　　本論文最后展開(kāi)了對(duì)PIC水凝膠在水中固化行為的研究。水分子在水凝膠溶液中的擴(kuò)散以及水凝膠溶液中NaCl在水中的擴(kuò)散最終導(dǎo)致了PIC水凝膠溶液的固化，兩種