直接墨水书写制备多构型碳纤维增强环氧树脂复合蜂窝芯的离面压缩与能量吸收特性研究

本研究利用直接墨水书写（DIW）技术制备了不同几何构型（六边形、方形、三角形）的碳纤维增强环氧树脂复合蜂窝芯，通过调控填料比例（10–40?wt%短切碳纤维）和填充密度（30%–40%），显著提升了结构的负载能力（方形构型最高提升98%）与能量吸收性能（SEA达16–45?J/g），为轻量化抗冲击结构设计提供了新范式。

　　

通过直接墨水书写（Direct Ink Writing, DIW）技术，研究人员成功制备了具有六边形（H）、方形（S）和三角形（T）几何构型的碳纤维增强环氧树脂复合蜂窝芯体。该技术采用特殊配方的墨水（含10–40?wt%短切碳纤维、二氧化硅及添加剂），利用剪切稀化特性实现了无模具成型，显著提升了结构的表面质量与尺寸精度。

在离面压缩测试中，随着填充密度（30%–40%）的增加，所有构型均表现出增强的负载能力：六边形构型提升11.7%，方形构型显著提升98%，三角形构型提升80.8%。耐撞性分析表明，方形蜂窝芯具有最优的能量吸收（Energy Absorption, EA）性能，其比能量吸收（Specific Energy Absorption, SEA）范围为23–42?J/g，六边形为23–45?J/g，三角形为16–32?J/g。压溃力效率（Crushing Force Efficiency, CFE）指标显示：六边形构型为59–76，方形为59–73，三角形为42–79。

这些性能参数表明，DIW制备的复合蜂窝芯在能量吸收方面媲美甚至优于连续纤维、金属、热塑性塑料、泡沫及聚合物制备的传统芯材。该研究为定制化轻量化高耐撞性结构的设计与应用提供了重要技术支撑。