1.一種層層組裝三維功能復(fù)合材料的制備方法,其特征在于,所述制備方法包括以下步驟:
1)提據(jù)三維功能復(fù)合材料的功能與結(jié)構(gòu)需求,設(shè)計(jì)三維功能復(fù)合材料的參數(shù);
2)制備單層基體:將一種高聚物或多種高聚物共混物原料加熱融化,熱壓成薄膜,形成單層基體;
3)按照步驟1)中設(shè)計(jì)的面內(nèi)功能體的雕刻圖案,包括雕刻圖案的水平形狀和深度,使用機(jī)加工鉆頭或激光在單層基體的表面進(jìn)行雕刻,在單層基體內(nèi)形成面內(nèi)功能體的雕刻圖案;
4)按照步驟1)中設(shè)計(jì)的軸向功能體的通孔的位置和形狀,使用機(jī)加工鉆頭或激光對(duì)單層基體進(jìn)行打孔,單層基體內(nèi)形成通孔,各層單層基體的通孔的水平位置相同或不同,當(dāng)多層單層基體疊放在一起后,各層單層基體的通孔位置沿垂直方向上下連通或與面內(nèi)功能體的雕刻圖案連通;
5)按照步驟1)中設(shè)計(jì)的面內(nèi)功能體的功能體材料和相應(yīng)功能體材料的分布位置以及軸向功能體的功能體材料和相應(yīng)功能體材料的分布位置,采用不同的熱熔擠出頭裝載不同的功能體漿料,沿著雕刻圖案和通孔的位置行進(jìn),在相應(yīng)的雕刻圖案和通孔的位置分別擠出涂覆對(duì)應(yīng)的功能體漿料,同一層單層基體內(nèi)或者不同層的各個(gè)單層基體之間,不同位置涂覆相同或不同的功能體漿料;
6)將涂覆了功能體漿料的單層基體自然晾干或加熱烘干,直到功能體漿料中的高聚物預(yù)聚體完全聚合或者溶劑揮發(fā),功能體漿料成為固體形態(tài)的功能體材料,從而在不同位置形成相同或不同的功能體材料,形成單層復(fù)合材料;
7)重復(fù)步驟1)~6),直至完成所有的單層復(fù)合材料;
8)將多層單層復(fù)合材料裁切成與模具尺寸一致的形狀,按照先后順序放入模具中,組裝形成多層復(fù)合材料,多層復(fù)合材料中,填充在單層基體的雕刻圖案內(nèi)的功能體材料形成面內(nèi)功能體,填充在各層單層基體之間連通的通孔內(nèi)的功能體材料形成軸向功能體,面內(nèi)功能體和軸向功能體構(gòu)成功能體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);
9)將裝有多層復(fù)合材料的模具放入高溫爐,加熱使得單層基體中的高聚物原料剛好熔化,保持一定時(shí)間,直到多層復(fù)合材料中層與層之間的界面完全消失,各單層基體形成一個(gè)整體,形成三維功能復(fù)合材料初體;
10)進(jìn)行快速冷卻,溫度降低至高于熱變形溫度,調(diào)整形成三維功能復(fù)合材料初體的外觀形態(tài);
11)進(jìn)行緩慢冷卻,逐漸冷卻至低于熱變形溫度,逐漸冷卻至溫度低于熱變形溫度0~50℃時(shí),保持一定時(shí)間,直至徹底消除三維功能復(fù)合材料初體中的殘余應(yīng)力,形成不變形的具有功能體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的三維功能復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟1)中,三維功能復(fù)合材料的參數(shù)包括:?jiǎn)螌踊w的層數(shù)和材料,各層的面內(nèi)功能體的雕刻圖案、功能體材料和相應(yīng)功能體材料的分布位置,以及各層之間軸向功能體的通孔的位置、形狀、功能體材料和相應(yīng)功能體材料的分布位置。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟2)中,薄膜的厚度為0.01~10mm。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟5)中,功能體漿料為由質(zhì)量比0.01~99%的功能體、質(zhì)量比0~99%的高聚物預(yù)聚體、質(zhì)量比0~70%的溶劑、質(zhì)量比0~70%的固化劑和質(zhì)量比0~20%的分散劑配置而成的膏狀物或黏稠物,其中,功能體、高聚物預(yù)聚體、溶劑、固化劑和分散劑的質(zhì)量比總和為100%;功能體為顆粒功能體、纖維功能體和片狀功能體中的一種或多種。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,根據(jù)需求,在步驟6)后,進(jìn)一步包括多次重復(fù)步驟5)~6),使得形成的單層復(fù)合材料中的功能體材料不僅滿足設(shè)計(jì)要求,而且與單層基體界面結(jié)合緊密。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟9)中,加熱的溫度高于單層基體中的高聚物原料的熔點(diǎn)溫度0~50℃。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟10)中,降溫速度為0~30℃/分鐘,溫度降低至高于熱變形溫度0~50℃。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟10)中,外觀形態(tài)包括表面粗糙度和紋路。
9.如權(quán)利要求1所述的制備方法,其特征在于,在步驟11)中,降溫速度為0~15℃/分鐘,逐漸冷卻至低于熱變形溫度0~50℃。
10.一種三維功能復(fù)合材料,其特征在于,所述三維功能復(fù)合材料包括:多層單層基體、面內(nèi)功能體和軸向功能體;其中,所述單層基體采用一種高聚物或多種高聚物共混物原料加熱融化后熱壓形成的薄膜;在每一層的單層基體內(nèi)雕刻形成面內(nèi)功能體的雕刻圖案,雕刻圖案中填充功能體材料形成面內(nèi)功能體,所述面內(nèi)功能體中不同的位置的功能體材料相同或不同;在單層基體內(nèi)打孔形成通孔,各層單層基體的通孔的水平位置相同或不同,多層疊放在一起的單層基體,通孔位置沿垂直方向上下連通或與面內(nèi)功能體的雕刻圖案連通,通孔內(nèi)填充功能體材料形成軸向功能體,所述軸向功能體上下連通或者與面內(nèi)功能體連通,軸向功能體中不同的位置的功能體材料相同或不同;所述面內(nèi)功能體和軸向功能體構(gòu)成功能體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);多層疊放在一起的單層基體熔化后層與層之間的界面完全消失,各單層基體形成一個(gè)整體,從而形成具有功能體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的三維功能復(fù)合材料。