對 PTFE/Al 復合材料壓力輸出進行測試，重點研究組分比例、組分形貌、粘結劑含量對壓力輸出的影響規律。研究發現，不同 PTFE 與 Al 質量比的復合材料，最大輸出壓力不同，但升壓速率相同；三種形貌復合材料中，u - PTFE/Al 因比表面積小，輸出壓力最大、升壓速率最小；n - PTFE/Al 復合材料在粘結劑含量增大時，壓力輸出提升且升壓速率不變。

基于壓力調控理念，設計制備軸向與徑向梯度結構藥柱并測試。軸向梯度結構藥柱測試表明，其能有效控制能量輸出；徑向梯度結構雖不能調控壓力輸出過程，但影響最大輸出壓力，不同形貌 PTFE 復合材料在梯度結構中的位置決定最終壓力輸出值。

借助 3D 打印（直寫）技術展開工作，制備適用于 3D 打印的 Al 基反應性材料（CuO/Al 和 PTFE/Al 復合材料）。利用該技術成功構建不同粘結劑含量的 CuO/Al 復合材料線條及不同 PTFE 與 Al 質量比的 PTFE/Al 復合材料線條；通過改變直寫針頭規格，制造不同表觀直徑的線條，并在此基礎上設計構建軸向與徑向梯度結構，進行相關測試分析。

3D 打印復合材料性能分析

1. 復合油墨特性：當粘結劑含量小于 25 wt%時，制備的 CuO/Al、PTFE/Al 復合油墨為典型的非牛頓流體（假塑性流體），初始粘度約 1000 Pa·s，適用于 3D 打印技術，在 100 - 600 KPa 擠出壓力范圍、0.21 - 1.36 mm 針頭下可順利打印并保持線條形狀。
2. 放熱性能：粘結劑含量和組分比例影響反應性材料放熱性能。CuO/Al 反應性材料放熱量隨粘結劑含量增加而降低；PTFE/Al 復合材料放熱量隨組分比例增加先增大后減小，PA - 6040 放熱量最大，為 7749.9 J/g。
3. 燃燒速率：粘結劑含量和組分比例影響復合體系燃燒速率。CuO/Al 復合體系，粘結劑含量從 10 wt%增加到 25 wt%，燃燒速率從 320 mm/s 減小到 30 mm/s；PTFE/Al 復合體系，PTFE 與 Al 質量比從 50:50 增加到 60:40，燃燒速率從 38 mm/s 增加到 43 mm/s，質量比大于 60:40 時，燃燒速率快速減小到 ~20 mm/s。
4. 壓力輸出：質量比為 60:40 的 PTFE/Al 復合材料體系壓力輸出值最大，為 64.08 KPa，組分變化的軸向梯度結構可引起壓力輸出階段性變化；納米 PTFE/Al 復合結構壓力輸出值最大，為 3922.0 KPa，升壓速率也最大，為 86321.84 KPa/s。徑向梯度影響最大壓力輸出值，PTFE 纖維/Al 復合材料反應時間決定整體結構輸出壓力大小，最后反應時輸出壓力最大。

研究不足

1. 梯度結構尺寸偏差：實驗設計的梯度結構在 3D 打印過程中，因 PTFE/Al 復合體系多方面因素影響，整體梯度結構尺寸存在偏差，需從打印參數進一步調整。
2. 反應分析單一：復合材料內部反應因粘結劑含量、組分比例變化存在差異，僅通過 TG - DSC 分析反應較單一，后續應結合 XRD、XPS 等組分分析，更好解析內部反應。
3. 流變性能影響因素探索不足：復合材料流變性能與原料形貌、含量、溶劑等多種因素有關，本實驗僅考慮粘結劑含量和組分比例對黏度和模量的影響，其他因素需進一步探索。

研究展望

1. 配方優化：針對不同性質含能材料體系，通過實驗測試得到適合 3D 打印技術的多種配方，保持較高能量輸出和安全可靠性。
2. 測試體系完善：建立完整的燃燒速率測試體系和評判標準，以物料自身特性為對比，檢測添加物對性能的提升或抑制作用，促進其更好應用。

上一篇：金屬4D打印創新思路及3D打印多層級成果
下一篇：多材料3D/4D打印新進展與特性