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3D打印关于加入碳管以后材料本身的力学性质变化实验研究

更新时间: 2021-07-30 17:16:36  查看次数: 296    
通过DMA的拉伸夹具,我们测试了在加入碳管以后,材料本身的力学性质变化。DMA测试采用的是长条形试样,受限于DMA的载荷范围,测试中并未将试样拉断。可以看到碳纳米管对材料的拉伸模量有提升作用,并且含量越高,提升越大。通过观察3D打印的长方形样品截面,发现和所有热塑性材料打印的特征相一致,挤出丝之间只有部分粘接在一块,因而会存在因挤出丝铺设而留下的孔洞。这些缺陷会使得打印模型的力学性能低于材料本身的力学性能。不同含量的碳纳米管对结构第一阶段的力学曲线影响甚微,即对以结构变化为主的响应不产生太大影响。第二阶段的斜率受到明显影响,因为第二阶段开始材料自身的力学性能开始占据主导地位。

可以看到在第一阶段的拉伸过程中,其电阻值几乎不发生变化,而在拉伸进入第二阶段以后,电阻变化剧烈,但是到达一定程度以后即进入平台区而不发生变化。这个特征可以应用于以下场景:在人体正常活动时候,该种可拉伸导体与人体完美贴合,并且导电性保持稳定;当超过人体极限时结构上可以起到限制作用,并且导电性迅速降低,能产生信号,起到警示作用。

以上结果反映以下特征:

(1)宽度主要影响第一阶段的模量,即比宽度越大,斜率越高,模量越大,而不影响力学响应发生转变的应变值以及后面阶段的响应。另外值得注意的是,FDM打印的方式受限于挤出丝的宽度,能实现的比宽度最高能到0.4,高于0.4将造成打印路径干扰;

(2)圆弧的弧度变化决定力学响应发生转变的应变值,即弧度越大,该应变值越高。上述特征表明通过简单结构参数的调整能使得打印结构的力学响应匹配人体不同部位皮肤的力学响应。


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