(1)纯环氧树脂的拉伸模量为2.7GPa,研制的打印墨水在模具成型的情况下,拉伸模量为7.6GPa,相比纯环氧提升了181%,二氧化硅的加入对模量影响不大,说明短碳纤维的增强效果明显;而二者拉伸强度差别仅在5%范围内,原因一是材料变脆,二是填料含量增多造成分散产生更多的缺陷。短碳纤维的取向,会带来材料的各向异性,尤其是在沿短纤维方向和垂直于纤维方向形成最大的反差。
(2)可以看到,短碳纤维定向排列对于力学性能影响巨大。当打印路径设定的方向与拉伸方向一致时,即纤维排列方向与拉伸方向一致,模量达到91GPa,相比纯环氧提升了37%;拉伸强度达到101.8MPa,相比纯环氧提升了36.8%。而当打印路径与拉伸方向垂直时,即纤维排列方向与拉伸方向垂直,模量仅为4.0GPa,相比于纯环氧,仅提升48.2%;强度与纯环氧相差在1%以内,变化不大。断面SEM图片则显示短纤维不同排列下的断面有较大的差别,当纤维取向与拉伸方向一致时,多有规则的圆柱孔洞,表明纤维有拔出树脂基体的过程,此过程有利于材料增軔,是强度提升的重要原因。以上结果说明,短碳纤维取向带来的各向异性效应明显,相同组分的情况下,可将取向方向的力学性能进一步提升。
对于打印样品进行了进一步的动态力学测试:
(1)不同路径安排下,即不同纤维取向下,其储能模量均介于0和90两种排布的样品之间;
(2)储能模量表现与准静态结果相一致;
(3)当温度达到材料的玻璃化转变温度以上,储能模量会下降1-2个数量级;
(4)储能模量在玻璃化转变温度以上的时候,最高也能达到200MPa左右,远高于普通热转变形状记忆材料在转变温度之上的力学性能,这显示了即使在转变温度以上,我们所打印的环氧基复合材料仍然能提供良好的结构支撑性能,这对于热致型形状记忆材料尤为重要,因为普通的热致型形状记忆高分子材料,在其转变温度以上,其力学性仅有kPa或者Pa量级。