提供一流仪器设备以及整体解决方案

KRÜSS于1796年诞生于德国汉堡，是表面科学仪器领域的全球领导品牌。先后研发了世界上第一台商用全自动表面张力仪和第一台全自动接触角测量仪，荣获多次国际工业设计大奖和德国中小企业最具创新能力TOP100荣誉。其它产品还包括各类动态表面张力仪、泡沫分析仪、界面流变仪和墨滴形状分析仪等。

背景

碳酚醛是一种在热固性酚醛树脂(thermosettingphenolicresin, TSPR)基体中加入连续碳纤维(continuouscarbonfiber, CCF)增强物的复合材料，由于TSPR热固化形成的三维交联结构具有高强度和高硬度等特性，同时CCF弥补了短纤维力学性能的不足，碳酚醛既满足热防护需求又满足结构强度需求。

本文基于前期已提出的分步式连续纤维增强热固性复合材料3D打印策略，提出了一种连续纤维增强热固性酚醛树脂的3D打印制备工艺，设计了纤维浸渍-树脂原位预固化-打印样件后固化的成型方式，系统研究了酚醛树脂浸渍和固化过程的温度依赖性，分析了打印参数对样件结构和性能的影响规律，成功制备了力学性能良好的连续纤维增强酚醛树脂复合材料。

实验方法

制备

本文采用浸渍-原位预固化-后固化的3D打印成型方法制备连续纤维增强热固性酚醛树脂复合材料，成型工艺如图1所示。

分析与表征

采用德国克吕士公司KRÜSS K100型表面张力仪测定不同温度下酚醛树脂的表面张力，采用德国克吕士公司KRÜSSDSA100型光学接触角测量仪测量酚醛树脂和碳纤维的静态接触角，分别在30℃ 、40℃ 、50℃ 和 60℃下测定酚醛树脂的表面张力和与碳纤维的接触角。

结果与讨论

TSPR浸渍温度选择

在30℃~60℃范围内测定酚醛树脂的表面张力和与碳纤维的接触角 ,测试结果如表1所示。在30~60℃温度范围内，酚醛树脂溶液与碳纤维单丝的润湿角小于90°，说明两者之间具有较好的润湿性，可以不采用其他改良剂或者对纤维表面处理。随着温度的升高，酚醛树脂溶液的表面张力减小，树脂与纤维的接触角变小。这是由于随着温度的增加，液体分子更容易在纤维表面铺展，两者之间的润湿性增加。随着浸渍温度的升高，树脂溶液会随着溶剂挥发而黏度增大，不利于浸渍过程。因此综合考虑温度对润湿性和黏度的影响，选择40℃为浸渍温度。

图4为40℃酚醛树脂浸渍后碳纤维的SEM照片。此温度下浸渍后树脂会产生流动，黏流态的酚醛树脂均匀地包裹在纤维表面，纤维表面平整光滑,未出现翘曲和断裂的情况。在该温度下酚醛树脂的流动性较好，将促进树脂浸渍、包裹纤维，填充内部孔隙缺陷以及调整纤维-树脂的分布。从图3(b)可以看出树脂将纤维丝束有效地黏结在一起，形成一个整体，没有明显的孔隙和树脂与纤维的不均匀分布现象。SEM结果表明浸渍后复合材料纤维和树脂结合良好.

总结：

针对连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料3D打印成型工艺的技术难题，本文提出了浸渍-原位预固化-后固化的3D打印成型方案，实现了连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印成型，并研究浸渍温度对酚醛树脂接触角与表面张力的影响规律。结果表明：当浸渍温度为40℃，纤维-树脂界面结合效果最佳，原料具备成型条件。