本技术公开了钕铁硼磁粉改性的热塑性聚氨酯丝材及其制备方法、连续碳纤维磁电功能丝材,属于增材制造技术和磁电功能材料制备的交叉技术领域。本发明提供了一种用于3D打印的连续碳纤维磁电功能丝材,所述连续碳纤维磁电功能丝材按质量计组成为:连续碳纤维丝材50~70份、钕铁硼磁粉改性的热塑性聚氨酯丝材30~50份。本发明生产的连续碳纤维磁电功能丝材能够直接用于3D打印,同时具有导电、磁响应功能。并且,所述连续碳纤维磁电功能丝材可直接通过熔融沉积成形打印出样件。
背景技术
近年来,因其轻质高强的特点,碳纤维复合材料对于金属合金材料体系的取代效果越来越明显,尤其是在航空航天复合材料领域。按照纤维的长短,碳纤维被分为连续纤维与短切碳纤维。短切碳纤维由于首尾不相连的特点,很难显著提高复合材料的强度。相比之下,连续碳纤维具有明显的各向异性、抗冲击性能良好、可以沿着径向分布和吸收载荷、相对强度更高、长径比高的特点,在复合材料领域的应用更广泛,尤其是结构材料领域。
在目前大多数对连续碳纤维的研究中,连续碳纤维均是作为力学承载的构件从而发挥其高强度高模量的作用。例如:公开号为CN110576531A的专利通过使用PEEK树脂对连续碳纤维浸渍,得到连续碳纤维增强的热塑性树脂复合材料,有效避免了层间分离的风险,为实现连续碳纤维的各种复杂形状构件的快速打印制造提供了一种可靠的思路。公开号为CN114874605B的专利通过预浸丝工艺,使用热塑性聚氨酯包裹连续碳纤维,然后使用环氧树脂对热塑性聚氨酯进行包裹,最终得到连续碳纤维增强的热固性树脂复合材料。公开号为CN118771888A的专利使用连续碳纤维来增强WC陶瓷。公开号为CN115744881B的专利为了充分发挥连续碳纤维的高强度优势,在连续碳纤维的表面负载碳纳米管对其改性,从而增强碳纤维表面与复合材料基体之间的界面强度。公开号为CN107815625A的专利通过磁控溅射技术使用Al2
O3
对SiC连续纤维表面进行改性,得到包覆了Al2
O3
涂层的SiC连续纤维。
然而,连续碳纤维除了高强度高模量的特点以外,还具备很多其他的优点,比如优良的导电性、电磁屏蔽性能等等,这些优点可以赋予连续碳纤维新的功能。同时,对连续碳纤维表面改性还可以衍生出更多新的功能,从而为连续碳纤维复合材料的智能化、多功能化发展提供基本的方法。比如通过与磁性材料的结合,赋予连续碳纤维的磁性功能,加上连续碳纤维本身的导电功能,就可以为连续碳纤维在载荷监测、能量采集、4D打印领域提供帮助。然而,在目前的报道中,缺少对这方面的研究工作。与现有技术相比,通过磁电一体化的设计思路可以同时开发连续碳纤维的导电与磁响应功能。
综上,对连续碳纤维的功能化研究具有十分重要的意义,对导电性特点的开发可以极大的丰富连续碳纤维的应用场景。基于导电性特点,再赋予连续碳纤维磁响应能力,进一步丰富其功能。总之,对连续碳纤维的功能化研究将会充分发挥连续碳纤维的优势,为连续碳纤维的智能化发展提供新的技术路线。
实现思路