一种三通道同轴3D打印成型的硅酸盐陶瓷自修复材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及建筑材料自修复技术领域，特别涉及一种三通道同轴3D打印成型的硅酸盐陶瓷自修复材料的制备方法,包括如下步骤：原材料准备与处理、打印浆料制备、同轴打印平台构建、硅酸盐陶瓷自修复结构的打印、养护水化。本发明专利技术提供了一种基于3D三轴同轴打印成型的硅酸盐陶瓷自修复结构的制备方法，通过多尺度仿生人体血管结构精确构筑，以硅酸盐陶瓷材料为隔离层，不添加其他容纳材料，保证自修复结构体系的化学稳定性，并且固化条件简单，粘结强度高，具有良好的流动性。制备得到了高连续性、高含量的自修复硅酸盐陶瓷结构体系，解决了自修复硅酸盐陶瓷结构体系结构耐久性、短管及短管空穴对强度的影响、多次可愈合性、胶液的时效、以及愈合的可靠性和可行性等一系列问题。以及愈合的可靠性和可行性等一系列问题。以及愈合的可靠性和可行性等一系列问题。

【技术实现步骤摘要】
一种三通道同轴3D打印成型的硅酸盐陶瓷自修复材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料自修复
，特别涉及一种三通道同轴3D打印成型的硅酸盐陶瓷自修复材料的制备方法。

技术介绍

[0002]硅酸盐材料作为在建筑工程中使用最为广泛的材料，具有成本低廉、力学性能优良等一系列优点。但材料本身弹性模量高、韧性差的特点导致在外界环境的影响下，容易产生疲劳损伤和细小裂缝，影响其耐久性、降低使用寿命。硅酸盐陶瓷结构的耐久性问题日趋严重，以耐久性指标为主要检测对象来检测结构的性能效果更具实际意义。针对这些问题，使得硅酸盐陶瓷具有自我修复自我调节的能力，国内外学者提出了硅酸盐陶瓷自修复技术。
[0003]目前自修复性能的研究方法主要包括：内置纤维胶液管自修复方法、内置胶囊自修复方法、形状记忆合金自修复方法、细菌修复方法等。但这些方法存在自修复能力差，修复裂纹宽度小，强度损失较大；结构有序性差以及大量的薄弱界面；修复材料含量不足，不能均匀分散；不易拌合，配置困难，成本较高等问题。使得硅酸盐陶瓷自修复结构的应用受到了一定的限制，阻碍其进一步发展。
[0004]因此，对于自修复硅酸盐陶瓷材料，需要开发一种高连续性、高含量的3D打印制备方法，仿生人体血管的自修复性能，解决当前自修复硅酸盐陶瓷材料存在结构有序性差，修复能力不足，强度损失大的关键科学问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种三通道同轴3D打印成型的硅酸盐陶瓷自修复材料的制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种基于3D三轴同轴打印成型的硅酸盐陶瓷自修复结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008]步骤一，原材料准备与处理
[0009]内轴所用的原材料为自修复材料与除泡剂，通过离心机去除自修复材料内部的微气泡；
[0010]中轴所用的原材料为普通硅酸盐水泥、缓凝剂、减水剂、增塑剂和水，其中，通过球磨细化处理普通硅酸盐水泥、缓凝剂、减水剂和增塑剂，将普通硅酸盐水泥、缓凝剂、减水剂和增塑剂制备成粒径分布在200nm到10μm范围的超细粉末原料；
[0011]外轴所用的原材料为普通硅酸盐水泥、增塑剂、减水剂、固化剂和水，其中，通过球磨细化处理普通硅酸盐水泥、减水剂和增塑剂，将普通硅酸盐水泥、减水剂和增塑剂制备成粒径分布在200nm到10μm范围的超细粉末原料，固化剂通过离心机去除内部气泡；
[0012]步骤二，打印浆料制备
[0013]内轴浆料，将自修复材料与除泡剂按比例配制好，然后通过高速离心机以1000
‑
3000r/min的转速搅拌10
‑
30min，将自修复材料中的微气泡除尽；
[0014]中轴浆料，将球磨细化好的超细粉末原料按比例配制好，并分别溶于适量水中，然后通过剪切搅拌机以60
‑
120r/min的转速搅拌均匀；
[0015]外轴浆料：将固化剂加入到配置好的原材料水溶液中，搅拌均匀；
[0016]步骤三，同轴打印平台构建
[0017]制造同轴打印喷嘴；采用伺服电机和高精度传动丝杠，并结合空间限位器、升降台等辅助部件，搭建具有X、Y、Z空间三轴方向快速传动和高精度定位功能的三轴机械平台，定位精度为1
‑
10μm；采用微量数字控制注射泵和高精度压力控制器，进行浆料推进和压力反馈与控制；
[0018]步骤四，硅酸盐陶瓷自修复结构的打印
[0019]采用电脑软件进行结构化设计，将处理好的STL模型切片数据导入计算机数控端，计算机将数字信号传输到通讯板，通过控制通讯板连接控制电脑、同步发出供墨通讯指令和打印驱动指令；基于微量数字控制注射泵和高精度压力控制器，待同轴供墨通讯指令发出后，打开不同通道的气体电磁控制阀，使得内外管道形成可打印的带压浆料，然后浆料经由同轴打印针头按需、定量、均匀挤出，形成环状包裹的三层同轴的条体，最终通过将条体沿打印路径相互交错迭代，叠合成块体结构；
[0020]步骤五，养护水化
[0021]将打印成型硅酸盐陶瓷材料经过标准条件进行养护，最后形成具有高连续性、高含量的自修复硅酸盐陶瓷结构。
[0022]进一步的，在步骤一中，所述自修复材料为环氧树脂，所述除泡剂为丙酮。
[0023]进一步的，在步骤一中，所述缓凝剂为磷酸盐和醇类，所述减水剂为聚羧酸类和木质素磺酸盐，所述增塑剂为聚乙烯醇和脂肪酸酯，所述固化剂为环氧树脂固化剂。
[0024]进一步的，在步骤二中，所述中轴浆料的超细粉末原料的比例为普通硅酸盐水泥50
‑
70wt％、缓凝剂1
‑
3wt％、减水剂0.5
‑
2wt％、增塑剂2
‑
5wt％、水30
‑
40wt％。
[0025]进一步的，在步骤三中，所述同轴打印喷嘴包括内层喷头套筒1、中层喷头套筒2和外层喷头套筒3，所述中层喷头套筒2套设在内层喷头套筒1外部，所述外层喷头套筒3套设在内层喷头套筒1和中层喷头套筒2外部，所述内层喷头套筒1、中层喷头套筒2和外层喷头套筒3之间通过螺钉相互固定，所述内层喷头套筒1、中层喷头套筒2和外层喷头套筒3以相同中轴线为基准，彼此不连通，具有单独的进料口、出料口和储料腔；浆料储存在料筒内，通过高精度气泵在气压的作用下沿导管由进料口进入储料腔，在压力作用下，三种浆料呈现环状包裹态于出料口挤压成型。
[0026]进一步的，所述内层喷头套筒1的后端为内管进料口101，所述内层喷头套筒1的前端为内管出料口102，所述内层喷头套筒1的内部为内层储料腔103；所述中层喷头套筒2的中侧为中管进料口201，所述中层喷头套筒2的前端为中管出料口202，所述中层喷头套筒2的内部为中层储料腔203；所述外层喷头套筒3的中侧为外管进料口301，所述外层喷头套筒3的前端为外管出料口302，所述外层喷头套筒3的内部为外层储料腔303。
[0027]进一步的，所述中层喷头套筒2与内层喷头套筒1之间通过第一螺钉4连接；所述外
层喷头套筒3与内层喷头套筒1之间通过第二螺钉5和第三螺钉6连接，所述外层喷头套筒3与中层喷头套筒2之间通过第四螺钉7连接。
[0028]进一步的，在步骤五中，标准养护条件为：湿度＞95％，温度20
±
2℃。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]1、本专利技术提供了一种基于3D三轴同轴打印成型的硅酸盐陶瓷自修复结构的制备方法，通过多尺度仿生人体血管结构精确构筑，以硅酸盐陶瓷材料为隔离层，不添加其他容纳材料，保证自修复结构体系的化学稳定性，并且固化条件简单，粘结强度高，具有良好的流动性。制备得到了高连续性、高含量的自修复硅酸盐陶瓷结构体系，解决了自修复硅酸盐陶瓷结构体系结构耐久性、短管及短管空穴对强度的影响、多次可愈合性、胶液的时效、以及愈合的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D三轴同轴打印成型的硅酸盐陶瓷自修复结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，原材料准备与处理内轴所用的原材料为自修复材料与除泡剂，通过离心机去除自修复材料内部的微气泡；中轴所用的原材料为普通硅酸盐水泥、缓凝剂、减水剂、增塑剂和水，其中，通过球磨细化处理普通硅酸盐水泥、缓凝剂、减水剂和增塑剂，将普通硅酸盐水泥、缓凝剂、减水剂和增塑剂制备成粒径分布在200nm到10μm范围的超细粉末原料；外轴所用的原材料为普通硅酸盐水泥、增塑剂、减水剂、固化剂和水，其中，通过球磨细化处理普通硅酸盐水泥、减水剂和增塑剂，将普通硅酸盐水泥、减水剂和增塑剂制备成粒径分布在200nm到10μm范围的超细粉末原料，固化剂通过离心机去除内部气泡；步骤二，打印浆料制备内轴浆料，将自修复材料与除泡剂按比例配制好，然后通过高速离心机以1000
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3000r/min的转速搅拌10
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30min，将自修复材料中的微气泡除尽；中轴浆料，将球磨细化好的超细粉末原料按比例配制好，并分别溶于适量水中，然后通过剪切搅拌机以60
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120r/min的转速搅拌均匀；外轴浆料：将固化剂加入到配置好的原材料水溶液中，搅拌均匀；步骤三，同轴打印平台构建制造同轴打印喷嘴；采用伺服电机和高精度传动丝杠，并结合空间限位器、升降台等辅助部件，搭建具有X、Y、Z空间三轴方向快速传动和高精度定位功能的三轴机械平台，定位精度为1
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10μm；采用微量数字控制注射泵和高精度压力控制器，进行浆料推进和压力反馈与控制；步骤四，硅酸盐陶瓷自修复结构的打印采用电脑软件进行结构化设计，将处理好的STL模型切片数据导入计算机数控端，计算机将数字信号传输到通讯板，通过控制通讯板连接控制电脑、同步发出供墨通讯指令和打印驱动指令；基于微量数字控制注射泵和高精度压力控制器，待同轴供墨通讯指令发出后，打开不同通道的气体电磁控制阀，使得内外管道形成可打印的带压浆料，然后浆料经由同轴打印针头按需、定量、均匀挤出，形成环状包裹的三层同轴的条体，最终通过将条体沿打印路径相互交错迭代，叠合成块体结构；步骤五，养护水化将打印成型硅酸盐陶瓷材料经过标准条件进行养护，最后形成具有高连续性、高含量的自修复硅酸盐陶瓷结构。2.根据权利要求1所述的一种三通道同轴3D打印成型的硅酸盐陶瓷自修复材料的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述自修复材料为环氧树脂，所述除泡剂为丙酮。3.根据权利要求1所述的一种三通道同轴3D打印成型的硅酸盐陶瓷自修...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强强，赵家齐，张宝强，宋昆昆，何鹏，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：