熱固性短纖維增強聚合物（SFRP）複合材料具有優秀的熱（rè）穩定性、尺寸穩（wěn）定性、剛性和耐腐蝕性，是非常有前景的輕質材料，已廣泛用於軍事，汽車和航空航天工業等領域。目前，主要製備方法為（wéi）使用片狀模塑料（SMC）和塊（kuài）狀模塑（sù）料（BMC）為原料進行（háng）壓塑和注塑，生產效率高，產品精度良好，但製備周期長，生（shēng）產成本高，還難以製造形狀複雜的零件。
華中科技大學（xué）快速製造中（zhōng）心首次提出了基於粉床激光增材製造（SLS）的碳纖維/環氧熱固性樹脂的製備成形一體化工藝，能夠克服上述缺（quē）點，製備的複合材料具有三維連續碳纖維/尼龍（PA12）/樹脂（EP）三元結構，並表現出比大多數已報道的（de）SLS材料（liào）更高的拉伸和彎曲強（qiáng）度。
圖1. 碳纖維增強熱固性複（fù）合材料的生產流程
其製備過程如圖（tú）1。第（dì）一步，將碳纖維（CF）經表麵處（chù）理後與PA12混合攪拌，使CF表麵（miàn）塗覆一層薄薄的PA12，得到（dào）用於SLS的PA12/CF複合粉末；第二步，采用SLS工藝進（jìn）行（háng）打印：PA12在激光的高溫下熔化，起到粘結（jié）劑的作用，使CF相互連接，形成網狀結構，打印（yìn）出多孔預製體；第三步（bù），在高溫負壓條件下，用（yòng）高性能環氧樹脂（zhī）（EP）浸潤預製件；最後，對（duì）複合材料進行固化，製備出CF/PA12/EP三元（yuán）複合（hé）材料。
圖2. CF/PA12/EP三元複合材料素坯表麵(a,b)和樹脂填充後截麵(c,d)的SEM圖像
從（cóng）圖2.a,b可以看出，經SLS工藝處理後，PA12聚合物粘結劑已（yǐ）完全熔化（huà），將CF連接形成多（duō）孔結構，便於後續液體環氧樹脂的滲透填充。如圖2.c,d所示（shì），填（tián）充後（hòu），EP基體與CF增（zēng）強體相互滲透，形成三維連（lián）續結（jié）構分散。其（qí）中，CF表麵的PA12聚（jù）合物薄塗層（céng）有兩個作用：(1)在SLS過程中，在（zài）激光照射（shè）下，作為粘結劑將離散的CF連接成多孔CF預製件；(2)作為中間（jiān）層，增加CF與EP基體之（zhī）間（jiān）的化學相互作用（yòng）和潤（rùn）濕性。複合粉末中（zhōng）粘結劑PA12的相對含量決定（dìng）了SLS素坯的初（chū）始強度和孔隙率。粘結劑（jì）越多，素（sù）坯的強度越高，孔隙率越低，滲透到複合材料中的環氧樹脂的量越少。研究表明，在足夠強度後處理的前提下，使孔隙率（lǜ）最大化的PA12最優含量為25Vol%。
表1顯示，該方法（fǎ）製備（bèi）的三元複（fù）合材料具有（yǒu）比（bǐ）其他幾種SLS製備（bèi）的聚合物基複合材料更高的（de）拉伸和彎曲強度，分別達到101.03MPa和153.43MPa。
由圖（tú）3.a可見，複合材（cái）料表現出典（diǎn）型的脆性破壞行為，斷裂表麵具有剪切變形的粗糙形態。EP基（jī）體的（de）變形和（hé）裂縫在不同方向上傳播（bō）（如箭頭所指），裂縫擴展被類似CF / PA12富集域阻擋（dǎng）並被迫改變軌（guǐ）跡，提（tí）高了複合材料的斷裂韌性和強度。在破壞表麵上（shàng）可以觀察到纖維拉拔，界麵剝離和基體破壞這三種纖維破壞機製。對比其他幾種SLS製備的聚合物（wù）基複合材料更高的拉伸和彎曲強度可歸因於：（1）CF的均勻（yún）分布；（2）由機（jī）械聯鎖和化學相互作用引起的CF和EP之間良好的界麵結合，如圖（tú）3.b。
參考文獻： Zhu W , Yan C , Shi Y , et al. A novel method based on selective laser sintering for preparing high-performance carbon fibres/polyamide12/epoxy ternary composites[J]. Scientific Reports, 2016, 6:33780.
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