火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法及其3D打印成型方法技术

火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法及其3D打印成型方法，本发明专利技术目的为了模拟火星当地的风化层资源，以适用作为太空基地结构材料。制备方法：一、将硅源、铝源和铁源混合均匀；二、将原料加入到球磨罐中，以无水乙醇作为分散剂，球磨处理后，得到混合粉体；三、对混合粉体进行干燥、过筛；四、在水浴的条件下，将火星风化层模拟物粉体加入到高活性激发溶液中，搅拌均匀，得到无机聚合物料浆；五、向无机聚合物料浆中加入流变改善剂。本发明专利技术采用3D打印成型工艺，成型了四种仿生结构，即缝合结构、多层结构、蜂窝结构和管孔结构，仿生结构的抗压强度在9MPa～35MPa之间，断裂应变在2％～12％之间。间。间。

【技术实现步骤摘要】
火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法及其3D打印成型方法


[0001]本专利技术属于无机聚合物材料领域，具体涉及一种无机聚合物的制备方法及其3D打印成型方法。

技术介绍

[0002]火星作为未来太空移民的首选星球，人类近年来针对火星的探索和勘察正在不断增加。作为太空移民的前提，以低成本和低能耗的方式建设外太空基地的想法已经成为人们关注的重点，然而由于太空运输的高成本和高风险，必须利用火星当地的资源用于基地建造，因此，需要寻找水泥的替代物。无机聚合物(碱激发硅铝材料)是波特兰水泥的理想替代品。火星地面的岩石和风化层/土壤中富含丰富的硅源和铝源也将作为无机聚合物合成的原材料，并且无机聚合物具有无需烧结、固化需水量低、耐辐射和高低温等服役环境等特点。基于以上描述，开发火星风化层基无机聚合物的可行性和重要性不言而喻。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的为了模拟火星当地的风化层资源，以适用作为太空基地结构材料，而提供一种火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法及其3D打印成型方法。
[0004]本专利技术火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法按照以下步骤实现：
[0005]一、分别将硅源、铝源和铁源研磨成粉体，按照质量份数称取40～50份硅源粉体、10～15份铝源粉体和1～5份铁源粉体作为原料；
[0006]二、将原料加入到球磨罐中，以无水乙醇作为分散剂，球磨处理后，得到混合粉体；
[0007]三、对混合粉体进行干燥、过筛后，得到火星风化层模拟物粉体；
[0008]四、在水浴的条件下，将火星风化层模拟物粉体加入到高活性激发溶液中，搅拌均匀，得到无机聚合物料浆；
[0009]五、向无机聚合物料浆中加入流变改善剂，搅拌反应后，得到火星风化层模拟物基无机聚合物料浆；
[0010]其中步骤四所述的高活性激发溶液为硅酸盐溶液、碳酸盐溶液或者浓氨水；步骤五所述的流变改善剂为PEG(聚乙二醇)、PAA(聚丙烯酸)、PVA(聚乙烯醇)、硅溶胶、CMCC(羧甲基纤维素)、曲拉通中的一种或多种混合物。
[0011]本专利技术火星风化层模拟物基无机聚合物的3D打印成型方法按照以下步骤实现：
[0012]一、将火星风化层模拟物基无机聚合物料浆装入3D打印机的料筒中，采用3D打印机将火星风化层模拟物基无机聚合物料浆挤出料筒，通过螺旋杆挤出或者气压挤出打印成型，得到坯体；
[0013]二、坯体定型后，得到成型的火星风化层模拟物基无机聚合物。
[0014]本专利技术得到的火星风化层模拟物基无机聚合物具备较好的耐辐射、耐低温等特性，能够适用于火星恶劣环境。
[0015]本专利技术采用3D打印成型工艺，成型了四种仿生结构，四种仿生结构分别为缝合结构、多层结构、蜂窝结构和管孔结构，本专利技术无机聚合物体系同样还可适用于其他仿生结构包括博洛根结构、静脉结构、花瓣结构和树蛙趾端结构等。
[0016]经测试，本专利技术3D打印成型的四种仿生结构样品的抗压强度，并记录各自的最大应变，其抗压强度在9MPa～35MPa之间，断裂应变在2％～12％之间。
附图说明
[0017]图1为应用实施例火星风化层模拟物基无机聚合物打印后的仿生结构实物图，其中A代表缝合结构，B代表多层结构，C代表蜂窝结构，D代表管孔结构；
[0018]图2为应用实施例中四种仿生结构的抗压强度和应变柱状图，其中
□
代表抗压强度，
·
代表应变。
具体实施方式
[0019]具体实施方式一：本实施方式火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法按照以下步骤实施：
[0020]一、分别将硅源、铝源和铁源研磨成粉体，按照质量份数称取40～50份硅源粉体、10～15份铝源粉体和1～5份铁源粉体作为原料；
[0021]二、将原料加入到球磨罐中，以无水乙醇作为分散剂，球磨处理后，得到混合粉体；
[0022]三、对混合粉体进行干燥、过筛后，得到火星风化层模拟物粉体；
[0023]四、在水浴的条件下，将火星风化层模拟物粉体加入到高活性激发溶液中，搅拌均匀，得到无机聚合物料浆；
[0024]五、向无机聚合物料浆中加入流变改善剂，搅拌反应后，得到火星风化层模拟物基无机聚合物料浆；
[0025]其中步骤四所述的高活性激发溶液为硅酸盐溶液、碳酸盐溶液或者浓氨水；步骤五所述的流变改善剂为PEG(聚乙二醇)、PAA(聚丙烯酸)、PVA(聚乙烯醇)、硅溶胶、CMCC(羧甲基纤维素)、曲拉通中的一种或多种混合物。
[0026]本实施方式步骤一中粉体的粒径为4
‑
10μm。
[0027]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的硅源为玄武岩、火山灰、长石、云母、黏土、橄榄石、石英、辉石中的一种或多种混合物。
[0028]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的铝源为偏高岭石、伊利石、蒙脱石、刚玉中的一种或多种混合物。
[0029]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中所述的铁源为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、黄铁矿的中的一种或多种混合物。
[0030]具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中控制球磨机转速为100～2000转/分，球磨时间为20分钟～2小时。
[0031]具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤四中所述的硅酸盐溶液为硅酸钠溶液、硅酸钾溶液、硅酸铯溶液或者硅酸锂溶液，碳酸盐溶液为碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钾溶液、碳酸铯溶液或者碳酸氢铯溶液。
[0032]本实施方式硅酸盐溶液的模数为0.5～5，浓度为30～75wt％；碳酸盐溶液的浓度
为30～60wt％。
[0033]具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤四中浓氨水的浓度为20～60wt％。
[0034]具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤四中火星风化层模拟物粉体和高活性激发溶液的质量比是(5～2)：(3～1)。
[0035]具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤四中水浴的温度为0℃～30℃。
[0036]具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤五中流变改善剂的加入量占无机聚合物料浆质量分数的0.5％～10％。
[0037]具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是火星风化层模拟物基无机聚合物料浆的粘度为103～105Pa
·
s。
[0038]本实施方式无机聚合物料浆的粘度采用流变仪进行测试，流变仪型号为TA Instruments。
[0039]实施例：本实施例火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法按照以下步骤实施：
[0040]一、分别将硅源、铝源和铁源研磨成粉体，经100目筛分后获得粒径为4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤实现：一、分别将硅源、铝源和铁源研磨成粉体，按照质量份数称取40～50份硅源粉体、10～15份铝源粉体和1～5份铁源粉体作为原料；二、将原料加入到球磨罐中，以无水乙醇作为分散剂，球磨处理后，得到混合粉体；三、对混合粉体进行干燥、过筛后，得到火星风化层模拟物粉体；四、在水浴的条件下，将火星风化层模拟物粉体加入到高活性激发溶液中，搅拌均匀，得到无机聚合物料浆；五、向无机聚合物料浆中加入流变改善剂，搅拌反应后，得到火星风化层模拟物基无机聚合物料浆；其中步骤四所述的高活性激发溶液为硅酸盐溶液、碳酸盐溶液或者浓氨水；步骤五所述的流变改善剂为PEG、PAA、PVA、硅溶胶、CMCC、曲拉通中的一种或多种混合物。2.根据权利要求1所述的火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法，其特征在于步骤一中所述的硅源为玄武岩、火山灰、长石、云母、黏土、橄榄石、石英、辉石中的一种或多种混合物。3.根据权利要求1所述的火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法，其特征在于步骤一中所述的铝源为偏高岭石、伊利石、蒙脱石、刚玉中的一种或多种混合物。4.根据权利要求1所述的火星风化层模拟物基无机聚合物的制备方法，其特征在于步骤一中所述的铁源为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、黄铁矿的中的一种或多种混合物。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：何培刚，马思齐，徐婧馨，贾德昌，周玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：