[发明专利]一种层层组装三维功能复合材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种层层组装三维功能复合材料及其制备方法。本发明采用熔融热压、雕刻、打孔、热熔挤出涂覆、烘干、裁切、组装、热处理及温控等工艺；每层独立设计，实现功能体三维网络结构的宽度、厚度、搭接形式的自由设计与控制；不同位置具有不同功能体材料，形成灵活多变的功能体三维网络结构，有助于复合材料的多功能化与性能调控；原位固化，极大地增强功能体与功能体、功能体与基体的结合界面，形成结构精确稳定、完整性好的功能体三维网络结构；本发明具有设计自由度高、性能优异、功能多、调控范围大、可靠性高等诸多优点，同时工艺条件实现简单，流程容易控制，不会产生残留杂质或反应物，成本低，成品率高，便于批量生产。

主权项

1.一种层层组装三维功能复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)提据三维功能复合材料的功能与结构需求，设计三维功能复合材料的参数，三维功能复合材料的参数包括：单层基体的层数和材料，各层的面内功能体的雕刻图案、功能体材料和相应功能体材料的分布位置，以及各层之间轴向功能体的通孔的位置、形状、功能体材料和相应功能体材料的分布位置；2)制备单层基体：将一种高聚物或多种高聚物共混物原料加热融化，热压成薄膜，形成单层基体；3)按照步骤1)中设计的面内功能体的雕刻图案，包括雕刻图案的水平形状和深度，使用机加工钻头或激光在单层基体的表面进行雕刻，在单层基体内形成面内功能体的雕刻图案；4)按照步骤1)中设计的轴向功能体的通孔的位置和形状，使用机加工钻头或激光对单层基体进行打孔，单层基体内形成通孔，各层单层基体的通孔的水平位置相同或不同，当多层单层基体叠放在一起后，各层单层基体的通孔位置沿垂直方向上下连通或与面内功能体的雕刻图案连通；5)按照步骤1)中设计的面内功能体的功能体材料和相应功能体材料的分布位置以及轴向功能体的功能体材料和相应功能体材料的分布位置，采用不同的热熔挤出头装载不同的功能体浆料，沿着雕刻图案和通孔的位置行进，在相应的雕刻图案和通孔的位置分别挤出涂覆对应的功能体浆料，同一层单层基体内或者不同层的各个单层基体之间，不同位置涂覆相同或不同的功能体浆料；6)将涂覆了功能体浆料的单层基体自然晾干或加热烘干，直到功能体浆料中的高聚物预聚体完全聚合或者溶剂挥发，功能体浆料成为固体形态的功能体材料，从而在不同位置形成相同或不同的功能体材料，形成单层复合材料；7)重复步骤1)～6)，直至完成所有的单层复合材料；8)将多层单层复合材料裁切成与模具尺寸一致的形状，按照先后顺序放入模具中，组装形成多层复合材料，多层复合材料中，填充在单层基体的雕刻图案内的功能体材料形成面内功能体，填充在各层单层基体之间连通的通孔内的功能体材料形成轴向功能体，面内功能体和轴向功能体构成功能体三维网络结构；9)将装有多层复合材料的模具放入高温炉，加热使得单层基体中的高聚物原料刚好熔化，保持一定时间，直到多层复合材料中层与层之间的界面完全消失，各单层基体形成一个整体，形成三维功能复合材料初体；10)进行快速冷却，温度降低至高于热变形温度，调整形成三维功能复合材料初体的外观形态；11)进行缓慢冷却，逐渐冷却至低于热变形温度，逐渐冷却至温度低于热变形温度0～50℃时，保持一定时间，直至彻底消除三维功能复合材料初体中的残余应力，形成不变形的具有功能体三维网络结构的三维功能复合材料。