PDMS/SiC功能梯度复合材料性能与制造精度研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.07.005

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (7): 30-36.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.07.005

PDMS/SiC功能梯度复合材料性能与制造精度研究

宋银宝, 杨建军(), 李传敏

青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东青岛 266520

收稿日期:2022-03-10 出版日期:2022-07-26 发布日期:2022-07-20
通讯作者: 杨建军（1977—），男，副教授，博士，研究方向为3D打印、微纳增材制造，yjjdem@163.com
E-mail:yjjdem@163.com
基金资助:
山东省自然科学基金项目(ZR2021ME139)

Study on properties and manufacturing precision of PDMS/SiC functionally gradient composites

SONG Yinbao, YANG Jianjun(), LI Chuanmin

School of Mechanical and Automotive Engineering，Qingdao University of Technology，Qingdao 266520，China

Received:2022-03-10 Online:2022-07-26 Published:2022-07-20
Contact: YANG Jianjun E-mail:yjjdem@163.com

摘要/Abstract

摘要：

提出了一种由聚二甲基硅氧烷（PDMS）与碳化硅（SiC）复合材料构成的功能梯度柔性衬底结构，给出了相应的三维（3D）打印制造工艺流程。通过实验分析了不同SiC粒径及含量对PDMS/SiC复合材料力学性能、导热性能的影响规律；探究了背压、打印速度、线间距、温度等工艺参数对不同SiC含量PDMS/SiC复合材料制造精度的影响规律。结果表明，相比于纯PDMS衬底，不同SiC粒径及含量对复合材料性能均有提高，当SiC粒径为600 nm且含量为45 %（质量分数，下同）时，对应的PDMS/SiC功能梯度柔性衬底的弹性模量提高了2.76倍，导热系数提高了2.22倍。

关键词: 聚二甲基硅氧烷, 碳化硅, 复合材料, 功能梯度, 柔性衬底

Abstract:

In this paper， a type of functionally gradient flexible substrates based on polydimethylsiloxane （PDMS）/SiC composites was proposed， and the corresponding 3D printing manufacturing method and process flow were presented. The effects of SiC particle size and content on the mechanical properties and thermal conductivity of the PDMS/SiC substrates were investigated. Moreover， the effects and laws of process parameters such as backpressure， printing speed， line spacing， and temperature on the manufacturing accuracy of the PDMS/SiC substrates were studied. The results indicated that compared to the pure PDMS substrate， the performance of the PDMS/SiC substrates was improved in the presence of SiC. The PDMS/SiC substrates exhibited an increase in elastic modulus by 2.76 times and in thermal conductivity by 2.22 times when the particle size and content of SiC were 600 nm and 45 wt%， respectively.

Key words: polydimethylsiloxane, silicon carbide, composite, functional gradient, flexible substrate

中图分类号:

TQ320.66

宋银宝, 杨建军, 李传敏. PDMS/SiC功能梯度复合材料性能与制造精度研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 30-36.

SONG Yinbao, YANG Jianjun, LI Chuanmin. Study on properties and manufacturing precision of PDMS/SiC functionally gradient composites[J]. China Plastics, 2022, 36(7): 30-36.

图/表 13

平均粒径	比表面积/m²·g^-1	体积密度/g·cm^-3	颜色
600 nm	20	0.15	灰色
30 μm	5.6	0.8	绿色
60 μm	5.3	0.8	绿色

表1 增强相SiC参数

Tab.1 Enhanced phase SiC parameters

图1 PDMS/SiC复合材料功能梯度衬底结构

Fig.1 Functionally gradient substrate structure of PDMS/SiC composites

图2 基于墨水直写技术多喷头3D打印机设备

Fig.2 Multi?nozzle 3D printer equipment based on ink direct writing technology

图3 制造工艺流程

Fig.3 Manufacturing process flow

图4 SiC粒径及含量对PDMS/SiC复合材料力学性能的影响

Fig.4 Effects of different SiC particle sizes and content on mechanical properties of PDMS/SiC composites

图5 SiC粒径及含量对PDMS/SiC复合材料导热性能的影响

Fig.5 Effects of different SiC particle sizes and content on thermal conductivity of PDMS/SiC composites

图6 打印速度对打印厚度的影响

Fig.6 Effect of printing speed on printing thickness

图7 背压对打印厚度的影响

Fig.7 Effect of back pressure on printing thickness

图8 线间距对打印厚度的影响

Fig.8 Effect of line spacing on printing thickness

图9 加热温度对衬底表面粗糙度的影响

Fig.9 Effect of heating temperature on surface roughness of the substrate

图10 加热温度对衬底打印尺寸的影响

Fig.10 Effect of heating temperature on substrate printing size

SiC含量/%	打印速度/ mm·s^-1	加热温度/℃	背压/kPa	线间距/mm
0	20	80	60	0.6
15	15	80	60	0.6
30	10	80	60	0.6
45	5	80	60	0.6

表2 各梯度层的打印参数

Tab.2 Printing parameters of each gradient layer

图11 PDMS/SiC功能梯度柔性衬底拉伸测试

Fig.11 Tensile testing of PDMS/SiC functionally gradient flexible substrates

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