摘 要

电子信息是第四次工业革命主要表现，而3D打印技术是电子信息的重要组成部分，随着3D打印规模化的研究和应用，由于其打印原料自身的局限性和成型工艺的特殊性，限制了光固化3D打印的应用。为了进一步拓展3D打印的应用和改善光敏树脂的力学性能和电学性能，本文用石墨烯和改性石墨烯、炭黑和改性炭黑对树脂进行了增强拉伸强度改性研究。

本文首先针对黑色固化体系，探究了不同引发剂的引发效果，得出具有最大固化深度和最高硬度的引发剂是819。之后分别对石墨烯，炭黑进行了有机化表面改性，并将不同含量的微粒添加入光固化树脂中。研究了改性后纳米微粒对光敏树脂粘度、体积收缩率、拉伸强度、体积电阻系数的影响。

最后通过测试，可以看出添加微粒之后，光固化材料的体积收缩率均有降低，而液态树脂的粘度均有上升。当石墨烯和改性石墨烯添加量在0~0.15%时，拉伸强度变大，而当添加量大于0.15%，则不能起到增强作用；当炭黑添加量在0~0.02时，能起到很好的增强作用，而当添加量大于0.02%时，起不到增强作用，然而改性炭黑始终可以起到很好的增强作用。电化学测试表明，炭黑和石墨烯的加入均可以有效改善光聚合材料的导电性。

关键词：光固化成型 光敏树脂 石墨烯 炭黑 改性

Abstract

The fourth industrial revolution was an industrial revolution dominated by electronic information, and 3D printing technology was an important part of electronic information. 3D printing, also known as additive manufacturing, is a technique based on numerical simulation files that uses metal powder or resin layer-by-layer printing to construct objects. With the research and application of 3D printing scale, due to the limitations of its printing materials and the particularity of the molding process, the application of photocuring 3D printing is limited. In order to further expand the application of 3D printing and improve the mechanical and electrical properties of photosensitive resin, the tensile strength modification of the resin was studied by using graphene and modified graphene, carbon black and modified carbon black.

In this paper, we first explored the initiator effect of different initiators for the black curing system, and found that the initiator with the highest curing depth and the highest hardness was 819. Then, the graphene and carbon black were organically surface-modified, and different amounts of fine particles were added to the photocurable resin.

Finally, through the test, it can be seen that after the addition of the particles, the volume shrinkage of the photocurable material is lowered, and the viscosity of the liquid resin is increased. When the addition amount is more than 0.15%, the reinforcing effect cannot be enhanced; When the amount of carbon black added is from 0 to 0.02, it can play a very good strengthening role, and when the addition amount is more than 0.02%, it does not enhance, but the modified carbon black can always play a good strengthening role.

Key Words: Light curing; Photosensitive resin; Graphene; Carbon black; Modification

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 3D打印技术 1

1.1.1 3D打印技术的简介 1

1.1.2 3D 打印打印技术的应用 1

1.2石墨烯 1

1.2.1 石墨烯的物理性能 1

1.2.2 石墨烯的制备 2

1.2.3 石墨烯在3D打印成型中的打印方式 2

1.3炭黑 3

1.3.1 炭黑在光敏树脂中的作用 3

1.3.2 炭黑的微观结构 3

1.3.3 炭黑的分散理论 4

1.4 光敏树脂的组成 4

1.4.1 光反应活性单体 4

1.4.2 光引发剂 6

1.4.3 光敏预聚体 7

1.5 3D打印技术对光敏树脂的要求 8

1.6 光敏树脂的缺点及其改性 8

1.6.1 光敏树脂的优化 8

1.6.2光敏树脂的改性研究 9

1.7 本实验的研究意义和内容 9

1.7.1 意义 9

1.7.2 内容 9

第二章 实验部分 10

2.1 实验药品和仪器 10

2.1.1实验药品 10

2.1.2 仪器 10

2.2 原料的制备 11

2.2.1 树脂的制备 11

2.2.2 石墨烯和炭黑的改性 11

2.3 前期探索实验 13

2.3.1 寻找最佳引发剂 13

2.3.2石墨烯的正交实验 13

2.4 确定实验方案 15

2.4.1 石墨烯改性树脂 15

2.4.2 炭黑改性树脂 15

2.5 样片性能的测定 16

2.5.1 样片的制备 16

2.5.2粘度的测定 16

2.5.3 收缩率 16

2.5.4 力学性能 17

2.5.5 电学性能 17

第三章 结果与分析 19

3.1 纳米粒子对树脂粘度的影响 19

3.1.1 石墨烯和改性石墨烯对光敏树脂粘度的影响 19

3.1.2炭黑和改性炭黑对光敏树脂粘度的影响 20

3.1.3总结 20

3.2纳米粒子对光敏树脂体积收缩率的影响 21

3.2.1石墨烯和改性石墨烯对光敏树脂体积收缩率的影响 21

3.2.2炭黑和改性炭黑对光敏树脂体积收缩率的影响 22

3.2.3 总结 22

3.3 纳米粒子对光敏树脂拉伸强度的影响 23

3.3.1石墨烯和改性石墨烯对光敏树脂拉伸强度的影响 23

3.3.2炭黑和改性炭黑对光敏树脂体拉伸强度的影响 24

3.3.3 总结 24

3.4填充物对光敏树脂体积电阻的影响 25

3.4.1石墨烯和改性石墨烯对光敏树脂体积电阻的影响 25

3.4.2炭黑和改性炭黑对光敏树脂体积电阻的影响 26

3.4.3 总结 26

3.5 金相分析 27

第四章 总结与展望 29

4.1 总结 29

4.2展望 29

参考文献 30

致谢 33

第一章 绪论

1.1 3D打印技术

1.1.1 3D打印技术的简介

3D打印是基于材料离散/堆积的原理发展起来的一种新式快速成形技术^[1]。其独特的制造技术赋予了普通人强大新颖的设计和生产工具，人们可以获得专业设计师和制造业大企业所独有的设计和制造能力，能够生产前所未有的各种形状的物品，有书本形象地描述，打印三维物体就好像哈利·波特的魔杖复活了^[2]。

1.1.2 3D 打印打印技术的应用

3D 打印的应用领域是遍布各行各业的，这一技术的应用领域将会随着其技术的发展而逐渐扩大。下面举一些对3D打印技术的应用需求量较高的领域。

①航空航天：现在歼-20和歼-31在研发过程中已经采用了3D打印技术^[3]。

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