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研究人員設(shè)計出一種新型聚合物 能讓石英砂具備超強(qiáng)強(qiáng)度  日前發(fā)表在《Nature Communication》上的這項(xiàng)研究展示了一座3D打印的砂橋。據(jù)悉，它在6.5厘米處可以承受300倍于自身重量的重量，這一壯舉類似于12座帝國大廈坐在布魯克林大橋上。 據(jù)了解，粘合劑噴射打印過程比工業(yè)界使用的其他3D打印方法更便宜、更快速，并且還能使其有可能從各種粉末狀材料中創(chuàng)建3D結(jié)構(gòu)，這使其在成本和可擴(kuò)展性方面都占有優(yōu)勢。這一概念源于噴墨打印，但不是使用墨水，而是由打印頭噴射出液體聚合物來結(jié)合粉末狀材料并逐層建立起3D設(shè)計。結(jié)合的聚合物使打印的砂粒具有強(qiáng)度。 研究團(tuán)隊(duì)通過利用聚合物的專業(yè)知識定制了一種聚乙烯亞胺（或PEI）粘合劑，跟傳統(tǒng)的粘合劑相比，它能讓砂部件的強(qiáng)度提高一倍。 通過粘合劑噴射打印的部件在從打印床中取出時最初是多孔的。它們可以通過在設(shè)計中滲入一種叫做氰基丙烯酸酯的額外的超級膠水材料來加強(qiáng)，這種材料可以填補(bǔ)縫隙。這第二步在第一步的基礎(chǔ)上帶來了八倍的強(qiáng)度增加，這使得該聚合物砂粒復(fù)合材料比任何其他和任何已知的建筑材料都要更加堅(jiān)硬。  “很少有聚合物適合作為這種應(yīng)用的粘合劑。我們一直在尋找能給我們帶來最佳效果的特殊性能如可溶性。我們的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是在我們的PEI粘合劑的獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)中，使其跟氰基丙烯酸酯發(fā)生反應(yīng)以達(dá)到特殊的強(qiáng)度，”這項(xiàng)研究的首席研究員Tomonori Saito指出。 雖然使用用傳統(tǒng)粘合劑形成的部件可以通過滲透材料變得更密實(shí)，但沒有一個能達(dá)到接近PEI粘合劑的性能。PEI粘合劑令人印象深刻的強(qiáng)度源于聚合物在固化過程中跟氰基丙烯酸酯反應(yīng)的方式。 超強(qiáng)度砂粒的一個潛在應(yīng)用是推動復(fù)合材料制造的工具的發(fā)展。 石英砂是一種廉價的、容易獲得的材料，人們在汽車和航空航天領(lǐng)域?qū)χ圃鞆?fù)合材料部件表現(xiàn)得越來越有興趣。輕質(zhì)材料如碳纖維或玻璃纖維被包裹在3D打印的砂芯或“工具”中，然后通過加熱固化。石英砂對于工具來說是有吸引力的，因?yàn)樗诩訜釙r不會改變尺寸且它在可清洗的工具方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。在復(fù)合材料應(yīng)用中，使用水溶性粘合劑來形成砂粒工具是非常重要的，因?yàn)樗梢杂米詠硭M(jìn)行簡單的沖洗步驟來去除砂并留下一個空心的復(fù)合材料形狀。 田納西大學(xué)布雷迪森中心的學(xué)生和該研究的論文第一作者Dustin Gilmer指出：“為了確保模具零件的準(zhǔn)確性，你需要一種在加工過程中不改變形狀的材料，這就是為什么石英砂一直很有前景。挑戰(zhàn)一直是克服砂粒部件的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)。” |
