[发明专利]一种纤维增强聚合物膜的制备方法

说明书

本发明公开的一种纤维增强聚合物膜的制备方法，包括纤维增强聚合物膜的制备和光固化叠层复合步骤，具体是：首先使用光固化树脂、活性稀释剂按照100:20的质量比例混合均匀使树脂粘度降低，便于与纤维的混合；之后加入光引发剂、增稠剂、玻璃纤维，混合搅拌均匀，静置保存3h后将混合物放在两片聚酯薄膜中间，施加压力制成可长期保存的纤维增强聚合物膜；使用软件建立样品的三维模型并对其进行切片分层，提取各层的轮廓，按照提取的轮廓对聚合物膜进行切层；最后对制备的样品进行叠层、粘接、光固化，完成3D样品的制作。本发明可以实现纤维增强聚合物的3D制造，而且逐层加工的形式能够大大提高增材制造效率。

技术领域

本发明属于快速成型制造领域，具体涉及到一种树脂薄膜的制备方法，以及使用制备的薄膜进行光固化叠层复合。

背景技术

树脂基复合材料一直以其轻质、高强、耐腐蚀、性能可设计等优点被广泛应用在各个领域，但是相对较高的制造成本限制了其应用。经过近几十年的发展，紫外光固化技术和3D打印技术得到了长远的发展，并且在树脂基复合材料的成型固化中也得到了一定的应用。3D打印技术是一系列由数字化模型直接快速驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的快速成型技术的统称，其基本原理采用“分层制造、逐层叠加”的制造思想，区别于传统“减法”制造模式，是一种绿色智能化“加法”制造。

目前国内外对3D打印和紫外光固化的研究主要集中在对新的打印技术的研发、对原材料的改性和配方的优化等方面，比如美国LINL实验室近日研究出了新的3D打印复合材料新技术－直接油墨书写(DIW)；卓东贤等人申请的专利(公布号CN104817 835A)使用不饱和聚酯树脂和丙烯酸酯树脂为原料进行光敏树脂的合成，合出了成本低、适用性广的树脂。而对3D打印纤维增强树脂基复合材料的研究较少，祝成炎等人的专利(公布号CN105711101A)中公开了一种方法，可以在光敏树脂中加入短切玻璃纤维，使用SLA技术打印出强度较高的3D样品，但是需要特殊的3D打印设备或者对原有的3D打印设备进行改进；美国MarkForged公司生产的Mark One打印机可以使用FDM技术打印含有碳纤维或玻璃纤维增强尼龙复合材料，这台设备具有两个喷头，工作时一个喷头输出热塑性树脂，另一个喷头输送连续的预浸纤维，进而通过两个喷头的轮流工作来实现纤维增强3D样品的制作；林润雄等人的专利(公布号CN1046292 31A)直接将玻璃纤维与光敏树脂在反应釜中混合搅拌均匀，同样使用SLA技术可以生产出纤维增强的3D样品，但是其重点在于改善树脂的耐热性能，对树脂力学性能的研究较少。

因此可以看出目前纤维增强复合材料的3D打印需要开发新的技术、原料，生产成本较高；固化时一般是由点到线，再由线到面的固化方式，生产周期较长。本发明中的原材料容易获得且价格低廉，加入短切纤维后又可以提高最终制品的力学性能，同时使用制备的聚合物膜直接进行面固化，相比于由点到线、面的固化方式具有更高的生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种纤维增强聚合物膜的制备及光固化叠层复合方法，结合紫外光固化技术和3D打印技术，为解决复合材料传统成型技术生产成本高，光敏树脂固化后强度低等问题提供新的思路。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的纤维增强聚合物膜的制备方法，包括纤维增强聚合物膜的制备和光固化叠层复合步骤，具体是：首先使用光固化树脂、活性稀释剂按照100:20的比例混合均匀使树脂粘度降低，便于与纤维的混合；之后加入光引发剂、增稠剂、玻璃纤维，混合搅拌均匀，静置保存3h后将混合物放在两片聚酯薄膜中间，施加压力制成可长期保存的纤维增强聚合物膜；使用软件建立样品的三维模型并对其进行切片分层，提取各层的轮廓，按照提取的轮廓对聚合物膜进行切层；最后对制备的样品进行叠层、粘接、光固化，完成3D样品的制作。

所述的纤维增强聚合物膜由以下方法制成，该方法步骤包括：

(1)将光固化树脂、短切玻璃纤维、光引发剂、增稠剂按一定比例混合、搅拌均匀，避光静置3小时以去除气泡；