一种柔性负泊松比构件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性负泊松比构件及其制备方法和应用，该制备方法包括：配制具有剪切稀变特性的打印浆料，且所配置打印浆料的弹性模量、粘性模量和粘度随剪切应力的变化曲线具有一个拐点；而后采用打印浆料通过精细直写3D打印进行打印成型，制得坯体；再对坯体进行固化。以上制备方法简单，操作方便，所制得柔性负泊松比构件受到较小应力即可产生明显形变，灵敏度高，适用范围广。适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性负泊松比构件及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及负泊松比结构件的制备
，尤其是涉及一种柔性负泊松比构件及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]材料的泊松比定义为垂直于载荷方向的应变与载荷方向的应变之比的负值。常规材料通常表现为正泊松比，即受到拉伸时，材料横向(即垂直于拉伸方向)发生收缩。与传统正泊松比材料不同，负泊松比效应指的是受拉伸时，材料在弹性范围内横向(即垂直于拉伸方向)发生膨胀，而受压缩时，横向(即垂直于压缩方向)反而发生收缩。这种不同于常规材料的独特性质使负泊松比材料具备了很多性能优势：同向曲率、形体贴合性好、抗剪切性增强、平面断裂韧性增加、抗压痕性提高、吸声降噪效果好以及冲击能量吸收性能更好等。随着科学技术的发展，负泊松比材料越来越受到材料研究者和物理学家们的关注。但目前负泊松比结构材料的制备仍存在一定的问题，现有负泊松比结构件一般具有较高的强度，只有受到较大力才能产生负泊松比效应，这在一定程度上限制了其应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种柔性负泊松比构件及其制备方法和应用。
[0004]本专利技术的第一方面，提出了一种柔性负泊松比构件的制备方法，包括以下步骤：
[0005]S1、配制打印浆料；所述打印浆料具有剪切稀变特性，且所述打印浆料的弹性模量、粘性模量和粘度随剪切应力的变化曲线具有一个拐点；
[0006]S2、采用所述打印浆料通过精细直写3D打印机进行打印成型，制得坯体；
[0007]S3、将所述坯体进行固化处理，制得柔性负泊松比构件。
[0008]根据本专利技术实施例的柔性负泊松比构件的制备方法，至少具有以下有益效果：该制备方法通过采用具有特定剪切稀变特性的打印浆料，通过精细直写3D打印成型，而后固化制备柔性负泊松比构件，其制备方法简单，操作方便，所制得柔性产品构件具有受拉伸在弹性范围内横向膨胀，受压缩横向反而收缩的特性，且在受力很小的情况下，也可产生明显形变，灵敏度高，适用范围广，可应用于汽车工业、航空航天工业、生物医疗产品、纺织服装、传感器等领域。
[0009]其中，打印浆料具有剪切稀变特性，且其弹性模量G
’
、粘性模量G”和粘度η随剪切应力τ的变化曲线具有一个拐点，拐点对应的剪切应力为临界剪切应力值N，具体为打印浆料的弹性模量G
’
、粘性模量G”和粘度η发生显著变化对应的剪切应力。
[0010]在实际制备过程中具体可配制具有如下剪切稀变特性的打印浆料：：当剪切应力τ小于临界剪切应力值N时(即在拐点前)，打印浆料的弹性模量G
’1、粘性模量G”1
和粘度η1较大，不易挤出；当剪切应力τ大于临界剪切应力值N时(即在拐点后)，打印浆料的弹性模量G
’2、粘性模量G”2
和粘度η2迅速下降。拐点前后打印浆料的弹性模量G
’2、粘性模量G”2
和粘度
η2变化率具体可控制在97％～99％。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S1中，所述打印浆料的原料组分包括打印基料和固化剂；所述打印基料选自硅胶与陶瓷粉末的混合材料、硅胶、TPU、软性树脂中的任一种，优选采用PDMS1700；另外，陶瓷粉末的粒径一般采用微米级和/或纳米级粉末，具体可根据需要进行选择，但由于纳米粉末的表面能过高，较难均匀分散于基体，因此一般采用100μm～500μm的陶瓷粉末。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述打印浆料的原料组分包括质量比为(10～15)：1的打印基料和固化剂。固化剂具体可选用陶氏SE1700固化剂。打印浆料配制过程具体可将原料组分置于烧杯或其他容器中，采用机械搅拌器搅拌，以使复合浆料分散均匀，制得打印浆料。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2中，所述打印成型过程采用挤出成型。步骤S2具体可将打印浆料转移到料筒中，使其完全填充料筒的底部，而后将装有浆料的料筒装回精细直写3D打印机，并连接上挤出成型驱动件。优选地，所述挤出成型的驱动力来源于加压气体(如空气、氦气或其他惰性气体)、旋转螺杆、气动点胶阀、螺杆点胶阀、压力点胶阀中的任一种。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S2之前，还包括：根据目标结构编写打印代码，并导入精细直写3D打印机；步骤S2具体包括：采用所述打印浆料通过所述精细直写3D打印机按照所述打印代码进行打印成型，制得坯体。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，根据目标结构编写打印代码过程中引入打印误差因素；具体包括：
[0016]根据目标结构采用切片软件(如cura、slicer、skeinforge、ADT_slicer)仿真计算，获得初步G代码；而后根据所述初步G代码利用三维建模软件(如CATIA、Solidworks等)对所述目标结构进行建模，得到尺寸参数，在所述尺寸参数中引入打印误差因素进行试错打印，逐步修正，获得目标结构的打印代码；
[0017]优选地，所述打印误差因素选自打印针头直径误差、打印压力、打印速度中的至少一种。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述目标结构为内凹双箭头结构、内凹六边形蜂窝结构、星型结构、手性结构、反手性结构、三维内凹蜂窝结构中的至少一种。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，步骤S3中，所述固化处理的温度为80～100℃，具体可将坯体置于80～100℃的烘箱中固化，
[0020]本专利技术的第二方面，提出了一种柔性负泊松比构件，其由本专利技术第一方面所提出的任一种柔性负泊松比构件的制备方法制得。该柔性负泊松比构建的结构可为内凹双箭头结构、内凹六边形蜂窝结构、星型结构、手性结构、反手性结构、三维内凹蜂窝结构等。
[0021]本专利技术的第三方面，提出了一种本专利技术第二方面所提出的任一种柔性负泊松比构件在汽车工业(如车辆防爆装置、吸能装置、减震器、免充气轮胎等)、航空航天工业(如可变体机翼、太空可展开结构等)、生物医疗产品(如医用绷带、负泊松比人造食道等)、纺织服装、传感器中的应用。
附图说明
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，其中：
[0023]图1为实施例1中打印浆料的剪切稀变特性曲线图；
[0024]图2为实施例1所制得柔性负泊松比构件拉伸前后的结构对比示意图；
[0025]图3为实施例2所制得柔性负泊松比构件的结构示意图；
[0026]图4为不同陶瓷粉末固含量的打印浆料的粘度随剪切速率的变化关系图。
具体实施方式
[0027]以下将结合实施例对本专利技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例1
[0029]本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性负泊松比构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配制打印浆料；所述打印浆料具有剪切稀变特性，且所述打印浆料的弹性模量、粘性模量和粘度随剪切应力的变化曲线具有一个拐点；S2、采用所述打印浆料通过精细直写3D打印机进行打印成型，制得坯体；S3、将所述坯体进行固化处理，制得柔性负泊松比构件。2.根据权利要求1所述的柔性负泊松比构件的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述打印浆料的原料组分包括打印基料和固化剂；所述打印基料选自硅胶与陶瓷粉末的混合材料、硅胶、TPU、软性树脂中的任一种。3.根据权利要求2所述的柔性负泊松比构件的制备方法，其特征在于，所述打印浆料的原料组分包括质量比为(10～15)：1的打印基料和固化剂。4.根据权利要求1所述的柔性负泊松比构件的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述打印成型过程采用挤出成型；优选地，所述挤出成型的驱动力来源于加压气体、旋转螺杆、气动点胶阀、螺杆点胶阀、压力点胶阀中的任一种。5.根据权利要求1所述的柔性负泊松比构件的制备方法，其特征在于，步骤S2之前，还包括：根据目标结构编写打印代码，并导入精细直写3D打印机；步骤S2具体包括：采...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勃，张雪笛，朱朋飞，王浩，王荣，张晗，张伟喆，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：