PTFE/Al 復(fù)合材料壓力輸出進(jìn)行測(cè)試，重點(diǎn)研究組分比例、組分形貌、粘結(jié)劑含量對(duì)壓力輸出的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，不同 PTFE 與 Al 質(zhì)量比的復(fù)合材料，最大輸出壓力不同，但升壓速率相同；三種形貌復(fù)合材料中，u - PTFE/Al 因比表面積小，輸出壓力最大、升壓速率最??；n - PTFE/Al 復(fù)合材料在粘結(jié)劑含量增大時(shí)，壓力輸出提升且升壓速率不變。

基于壓力調(diào)控理念，設(shè)計(jì)制備軸向與徑向梯度結(jié)構(gòu)藥柱并測(cè)試。軸向梯度結(jié)構(gòu)藥柱測(cè)試表明，其能有效控制能量輸出；徑向梯度結(jié)構(gòu)雖不能調(diào)控壓力輸出過(guò)程，但影響最大輸出壓力，不同形貌 PTFE 復(fù)合材料在梯度結(jié)構(gòu)中的位置決定最終壓力輸出值。

借助 3D 打印（直寫）技術(shù)展開(kāi)工作，制備適用于 3D 打印的 Al 基反應(yīng)性材料（CuO/Al 和 PTFE/Al 復(fù)合材料）。利用該技術(shù)成功構(gòu)建不同粘結(jié)劑含量的 CuO/Al 復(fù)合材料線條及不同 PTFE 與 Al 質(zhì)量比的 PTFE/Al 復(fù)合材料線條；通過(guò)改變直寫針頭規(guī)格，制造不同表觀直徑的線條，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)構(gòu)建軸向與徑向梯度結(jié)構(gòu)，進(jìn)行相關(guān)測(cè)試分析。

3D 打印復(fù)合材料性能分析

1. 復(fù)合油墨特性：當(dāng)粘結(jié)劑含量小于 25 wt%時(shí)，制備的 CuO/Al、PTFE/Al 復(fù)合油墨為典型的非牛頓流體（假塑性流體），初始粘度約 1000 Pa·s，適用于 3D 打印技術(shù)，在 100 - 600 KPa 擠出壓力范圍、0.21 - 1.36 mm 針頭下可順利打印并保持線條形狀。
2. 放熱性能：粘結(jié)劑含量和組分比例影響反應(yīng)性材料放熱性能。CuO/Al 反應(yīng)性材料放熱量隨粘結(jié)劑含量增加而降低；PTFE/Al 復(fù)合材料放熱量隨組分比例增加先增大后減小，PA - 6040 放熱量最大，為 7749.9 J/g。
3. 燃燒速率：粘結(jié)劑含量和組分比例影響復(fù)合體系燃燒速率。CuO/Al 復(fù)合體系，粘結(jié)劑含量從 10 wt%增加到 25 wt%，燃燒速率從 320 mm/s 減小到 30 mm/s；PTFE/Al 復(fù)合體系，PTFE 與 Al 質(zhì)量比從 50:50 增加到 60:40，燃燒速率從 38 mm/s 增加到 43 mm/s，質(zhì)量比大于 60:40 時(shí)，燃燒速率快速減小到 ~20 mm/s。
4. 壓力輸出：質(zhì)量比為 60:40 的 PTFE/Al 復(fù)合材料體系壓力輸出值最大，為 64.08 KPa，組分變化的軸向梯度結(jié)構(gòu)可引起壓力輸出階段性變化；納米 PTFE/Al 復(fù)合結(jié)構(gòu)壓力輸出值最大，為 3922.0 KPa，升壓速率也最大，為 86321.84 KPa/s。徑向梯度影響最大壓力輸出值，PTFE 纖維/Al 復(fù)合材料反應(yīng)時(shí)間決定整體結(jié)構(gòu)輸出壓力大小，最后反應(yīng)時(shí)輸出壓力最大。

研究不足

1. 梯度結(jié)構(gòu)尺寸偏差：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的梯度結(jié)構(gòu)在 3D 打印過(guò)程中，因 PTFE/Al 復(fù)合體系多方面因素影響，整體梯度結(jié)構(gòu)尺寸存在偏差，需從打印參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整。
2. 反應(yīng)分析單一：復(fù)合材料內(nèi)部反應(yīng)因粘結(jié)劑含量、組分比例變化存在差異，僅通過(guò) TG - DSC 分析反應(yīng)較單一，后續(xù)應(yīng)結(jié)合 XRD、XPS 等組分分析，更好解析內(nèi)部反應(yīng)。
3. 流變性能影響因素探索不足：復(fù)合材料流變性能與原料形貌、含量、溶劑等多種因素有關(guān)，本實(shí)驗(yàn)僅考慮粘結(jié)劑含量和組分比例對(duì)黏度和模量的影響，其他因素需進(jìn)一步探索。

研究展望

1. 配方優(yōu)化：針對(duì)不同性質(zhì)含能材料體系，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到適合 3D 打印技術(shù)的多種配方，保持較高能量輸出和安全可靠性。
2. 測(cè)試體系完善：建立完整的燃燒速率測(cè)試體系和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，以物料自身特性為對(duì)比，檢測(cè)添加物對(duì)性能的提升或抑制作用，促進(jìn)其更好應(yīng)用。

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