本發(fā)明屬于固體發(fā)動機，具體涉及一種正交疊層含能薄膜及3d打印成型方法。

背景技術(shù)：

1、含能薄膜是一種新結(jié)構(gòu)形式的含能材料，由兩種或者兩種以上可以發(fā)生放熱反應(yīng)的不同組元材料制備而成，在外界能量激發(fā)下能夠發(fā)生自蔓延放熱反應(yīng)。含能薄膜主要應(yīng)用于點火、起爆裝置的初級電熱換能元；作為局部高溫熱源，含能薄膜可以應(yīng)用于微電子器件焊接、mems封裝、熱電池以及復雜電子器件微觀結(jié)構(gòu)成型等領(lǐng)域。含能薄膜的結(jié)構(gòu)控制對于其性能至關(guān)重要，但在實際制備過程中，獲得均勻、一致的結(jié)構(gòu)可能非常困難。這可能會影響到薄膜的燃燒速率、能量釋放等關(guān)鍵性能指標。在制備含能薄膜時，需要精確控制化學組成、相結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)，這些因素都會影響薄膜的最終性能。然而，這些控制過程可能非常復雜，且容易出現(xiàn)偏差。

2、3d打印技術(shù)的成熟，特別是直接墨水寫入(diw)方法，已經(jīng)允許各種材料系統(tǒng)，如功能性材料、陶瓷、金屬、復合材料、生物材料、能源材料和水凝膠等，以特定的3d架構(gòu)被打印出來。通常，設(shè)計并利用3d打印技術(shù)打印微觀結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)材料的靜態(tài)屬性，如剛度和強度，或光學響應(yīng)。鋁熱反應(yīng)已被廣泛用作在各種合成技術(shù)、實驗條件和應(yīng)用下的代表性氣體發(fā)生熱金屬系統(tǒng)。當這個反應(yīng)在能量上是有利的時候，會以熱和壓力的形式釋放出大量的過剩能量，推動并加速自持續(xù)反應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種正交疊層含能薄膜及3d打印成型方法。

2、實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種正交疊層含能薄膜的3d打印成型方法，包括如下步驟：

3、步驟(1)：以n,n-二甲基甲酰胺dmf為溶劑，以聚偏氟二烯pvdf和熱塑性聚氨酯tpu為分散劑，將三者進行超聲混合，攪拌均勻，得到混合液；

4、步驟(2)：向步驟(1)的混合液中加入納米鋁熱劑和納米鈦粉，再進行超聲混合攪拌后得到含能墨水；

5、步驟(3)：將步驟(2)制備的含能墨水放入2-10ml針筒內(nèi)，利用真空泵將塑料薄膜吸附在加熱平臺上，啟動3d打印裝置，將含能墨水以正交疊層的方式打印在塑料薄膜上，將含能墨水在45-55℃下固化60-120min形成含能薄膜。

6、進一步的，步驟(1)中聚偏氟二烯pvdf的質(zhì)量為0.8-1.0g，熱塑性聚氨酯tpu的質(zhì)量為0-0.2g，溶劑的質(zhì)量為10-15g。

7、進一步的，步驟(1)超聲混合和攪拌的具體參數(shù)為：超聲混合30-60min，攪拌30-60min。

8、進一步的，步驟(2)加入的納米鋁熱劑和納米鈦粉的質(zhì)量比為9：1，納米鋁熱劑包括納米鋁粉和納米氧化銅粉，納米鋁粉和納米氧化銅粉的質(zhì)量比為1：3，納米鋁粉的添加量為1.9-2.1g。

9、進一步的，步驟(2)中攪拌12±2h。

10、進一步的，步驟(3)采用的3d打印裝置包括三維運動平臺和mc600運動控制儀。

11、進一步的，步驟(3)將墨水注入到塑料薄膜上的推墨速度為0.77μl/s-3.85μl/s，針頭運動速度為5mm/s-20mm/s。

12、進一步的，步驟(3)中正交疊層方式具體為：在控制間距的情況下，相鄰層的打印方向相垂直。

13、一種正交疊層含能薄膜，采用上述的方法制備。

14、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：

15、(1)本發(fā)明采用pvdf和tpu作為分散劑，能夠增強含能墨水熱固化后在塑料薄膜上不輕易脫落，能夠任意彎折，契合各種形狀的推進劑體系，保證可靠點火。

16、(2)本發(fā)明設(shè)置的打印參數(shù)和平臺加熱能夠保證含能墨水在針頭運動時均勻擠出，并且擠出到塑料薄膜上能夠快速固化，使得含能墨水在塑料薄膜上有良好的成型結(jié)構(gòu)。

17、(3)本發(fā)明采用正交疊層的方式，可以調(diào)整打印設(shè)計和微觀結(jié)構(gòu)，促進含能薄膜燃燒時氣體流動，從而促進含能薄膜的燃燒性能，能夠根據(jù)需求實現(xiàn)材料和結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計。

技術(shù)特征：

1.一種正交疊層含能薄膜的3d打印成型方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)中聚偏氟二烯pvdf的質(zhì)量為0.8-1.0g，熱塑性聚氨酯tpu的質(zhì)量為0-0.2g，溶劑的質(zhì)量為10-15g。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(1)超聲混合和攪拌的具體參數(shù)為：超聲混合30-60min，攪拌30-60min。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(2)加入的納米鋁熱劑和納米鈦粉的質(zhì)量比為9：1，納米鋁熱劑包括納米鋁粉和納米氧化銅粉，納米鋁粉和納米氧化銅粉的質(zhì)量比為1：3，納米鋁粉的添加量為1.9-2.1g。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟(2)中攪拌12±2h。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(3)采用的3d打印裝置包括三維運動平臺和mc600運動控制儀。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(3)將墨水注入到塑料薄膜上的推墨速度為0.77μl/s-3.85μl/s，針頭運動速度為5mm/s-20mm/s。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(3)中正交疊層方式具體為：在控制間距的情況下，相鄰層的打印方向相垂直。

9.一種正交疊層含能薄膜，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8任一項所述的方法制備。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明為一種正交疊層含能薄膜及3D打印成型方法。方法包括如下步驟：(1)以N,N?二甲基甲酰胺DMF為溶劑，以聚偏氟二烯PVDF和熱塑性聚氨酯TPU為分散劑，將三者進行超聲混合，攪拌均勻，得到混合液；(2)向混合液中加入納米鋁熱劑和納米鈦粉，再進行超聲混合攪拌后得到含能墨水；(3)將含能墨水放入針筒內(nèi)，利用真空泵將塑料薄膜吸附在加熱平臺上，啟動3D打印裝置，將含能墨水以正交疊層的方式打印在塑料薄膜上，將含能墨水在45?55℃下固化形成含能薄膜。本發(fā)明方法簡單高效，且正交疊層含能薄膜具有性能好、低延遲和能量釋放率高等特點，能夠擴展鋁熱劑以及其他含能材料的設(shè)計結(jié)構(gòu)，使得含能薄膜能夠更好滿足固體發(fā)動機的多種應(yīng)用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：吳立志,肖湘宏,楊智,陳樂健,韓書鋒,沈瑞琪
受保護的技術(shù)使用者：南京理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10