基于同轴双孔径喷嘴技术实现高纤维含量(40 vol%)干法连续碳纤维增强复合材料的3D打印

为解决传统原位浸渍3D打印技术中纤维暴露导致打印缺陷的问题，研究人员创新性地开发了同轴双孔径喷嘴打印方法。该技术通过双重浸渍效应实现基体对纤维的均匀包裹，使纤维含量提升至40 vol%，其拉伸强度达758.92±40.05 MPa，弯曲强度达534.46±32.10 MPa，性能媲美预浸料工艺，为高性能连续碳纤维增强聚合物复合材料(CFRPCs)的制备提供了新思路。

　　

在传统干法连续碳纤维增强聚合物复合材料(CFRPCs)的原位浸渍(in-situ impregnation)3D打印工艺中，高纤维含量导致的纤维暴露问题会引发多种打印缺陷。这项研究通过改进原位浸渍工艺，提出创新的同轴双孔径喷嘴(coaxial dual-aperture nozzle)打印方法，成功实现基体材料对纤维的均匀包裹，将纤维含量提升至40 vol%而不出现纤维暴露现象。

形态学表征显示，该技术显著改善了传统工艺中存在的纤维损伤、脱粘、错位和分散不均等问题，打印质量和成型精度得到明显提升。通过同轴双孔径喷嘴独特的双重浸渍(dual-impregnation)效应，获得了与预浸料(pre-impregnation)工艺相当的纤维-树脂浸渍效果。

力学性能测试结果表明：采用该技术制备的CFRPCs拉伸强度达到758.92±40.05 MPa，弯曲强度为534.46±32.10 MPa，与相同纤维含量的预浸料CFRPCs性能相当。更重要的是，高纤维含量还为3D打印CFRPCs的功能特性提升创造了可能。这项研究为制备高性能原位浸渍CFRPCs提供了一种简单有效的新方法。