熱固性短（duǎn）纖維增強聚合物（wù）（SFRP）複合（hé）材料具有優秀的熱穩定性、尺（chǐ）寸穩定性（xìng）、剛性和耐腐蝕性，是非常有前景的（de）輕質材料，已廣泛（fàn）用於軍事，汽車和航空航天工業等領域。目前，主要製備方法為使用片（piàn）狀模塑料（SMC）和（hé）塊狀模塑料（BMC）為原料（liào）進行壓塑和注塑，生產效率高，產品精度良好，但製備周期長，生產（chǎn）成本高（gāo），還（hái）難以製造形狀複雜（zá）的零件。
華中科技大學快速製造中（zhōng）心首次提出了基於粉（fěn）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（cái）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SLS材料更高的拉伸和彎曲強度。
圖（tú）1. 碳纖維增強熱固性複合材（cái）料的生產流程
其製（zhì）備過（guò）程如（rú）圖1。第一步，將碳纖（xiān）維（CF）經表麵處理後與PA12混合攪拌，使CF表麵塗（tú）覆一（yī）層薄薄的PA12，得到（dào）用於SLS的PA12/CF複（fù）合粉末（mò）；第二步，采用SLS工藝進行打印：PA12在激光的高溫下熔化，起到粘結劑的作用，使CF相互（hù）連接，形成網狀結構，打印出多孔預製（zhì）體；第三步，在高溫負壓條件下（xià），用高性能環氧樹脂（EP）浸潤預製件；最後，對複（fù）合材料進行固化，製備（bèi）出CF/PA12/EP三元複合材料。
圖2. CF/PA12/EP三元複合材料素坯表麵（miàn）(a,b)和樹脂填充後截麵(c,d)的SEM圖像
從圖2.a,b可以看出，經SLS工藝處理後，PA12聚合物粘結劑已完全熔化，將CF連接形成多孔結構，便於後續液體環氧樹脂的滲透填充（chōng）。如圖2.c,d所示，填充後，EP基體與CF增強體相互滲透，形（xíng）成三維連（lián）續結構分散。其中，CF表麵的（de）PA12聚合物（wù）薄塗層有兩個作用：(1)在SLS過程中，在激（jī）光照（zhào）射下，作為粘結（jié）劑將離散（sàn）的CF連接成多孔（kǒng）CF預製件；(2)作為（wéi）中間層，增加CF與EP基體之間的化學相互作用和潤濕性。複合（hé）粉末中粘結劑PA12的相對含量決定了SLS素（sù）坯的初始（shǐ）強度和（hé）孔隙率（lǜ）。粘結劑越多，素坯的強（qiáng）度（dù）越高，孔隙率越低，滲透到複合材料中的環氧樹脂的（de）量越少（shǎo）。研究表（biǎo）明，在足夠強度後處理的前提下，使孔隙率最大化的PA12最優含量為25Vol%。
表1顯示，該方法製（zhì）備的三元複合材料具有比其他幾種SLS製備（bèi）的聚合物基複合材料更高的拉伸和彎曲強（qiáng）度，分別達到101.03MPa和153.43MPa。
由圖3.a可見，複合材（cái）料表現出典型的脆性破壞行（háng）為，斷裂表麵具（jù）有剪切（qiē）變形的粗糙（cāo）形態。EP基體的變形和裂縫在不同（tóng）方向上傳播（如箭頭所指），裂縫擴展被類似（sì）CF / PA12富集域阻擋並被迫（pò）改變軌跡，提高了複合材料的斷裂韌性和強度。在（zài）破壞表麵上可以觀察到（dào）纖維拉拔，界麵剝離和基體破壞這三種纖維（wéi）破（pò）壞機製。對比其他（tā）幾種SLS製備的聚合物基（jī）複合材（cái）料更高的拉伸和彎曲強度可歸因於：（1）CF的均勻分布；（2）由機械聯鎖和化學（xué）相互（hù）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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