添加额外的环氧树脂粘合膜是结构上的必需，而非可选的增强。在混合部件的制造中，碳纤维预浸料中天然存在的树脂不足以填充 3D 打印基材复杂的表面空腔。额外的粘合膜提供了必要的材料体积，以连接基材和层压板之间的间隙，确保有效的粘合。
标准预浸料材料针对平整堆叠进行了优化，缺乏适应纹理拓扑结构的树脂体积。粘合膜通过充当填料和桥梁来解决这个问题，创建连续的应力传递路径，从而显著提高最终部件的平面外拉伸强度。
粘合的力学原理
预浸料材料的不足
碳纤维预浸料采用精确的树脂纤维比进行设计，该比例经过计算，旨在浸润纤维本身并将平整的层粘合在一起。
然而，当引入 3D 打印部件的不均匀表面时，这个体积通常是不够的。
使用聚酰胺 12 (PA12) 打印的基材通常具有柱状或晶格状拓扑结构，会产生显著的空隙空间。标准预浸料本身无法填充这些空腔。
实现完全封装
额外的环氧树脂膜的主要功能是作为增强材料。
在固化过程中，该粘合膜会流入 3D 打印基材的表面特征中。
这确保了柱状、晶格状和表面纹理被完全浸润和封装，消除了可能削弱结构的气穴。
结构影响
创建连续的应力路径
为了使混合材料能够正常工作，载荷必须在不同材料之间顺畅传递。
粘合膜在 PA12 基材和碳纤维增强聚合物 (CFRP) 层压板之间建立了连续的应力传递路径。
没有这种连续介质，应力集中会在界面处积聚，导致过早分层。
提高拉伸强度
该界面的最终指标是其抵抗被拉开的能力。
通过确保完全接触并消除空隙，粘合膜显著提高了平面外拉伸强度。
这种特定类型的强度对于防止复合材料表皮在载荷作用下从 3D 打印芯材上剥离至关重要。
了解省略的风险
空隙的后果
如果省略粘合膜，界面将仅依赖预浸料有限的树脂。
这将导致浸润不完全，在基材和层压板之间留下空腔和空隙。
这些空隙会成为裂纹萌生点，从而大大降低部件的机械性能和耐用性。
材料兼容性
需要注意的是，粘合膜充当两种不同材料（PA12 和 CFRP）之间的特定化学桥梁。
仅依靠机械互锁，而没有通过完全浸润的粘合剂提供的化学键合，通常会导致界面薄弱、不可靠。
确保制造成功
为您的目标做出正确选择
- 如果您的主要关注点是结构耐用性：您必须使用粘合膜，该粘合膜可产生过量的树脂，确保基材拓扑结构中的空隙 100% 填充。
- 如果您的主要关注点是复杂的晶格集成：请认识到标准预浸料在化学上无法浸润深层纹理，并依靠粘合膜来促进封装。
额外的粘合膜是将松散的部件组装成统一的高性能复合结构的关键变量。
总结表：
| 特性 | 仅碳纤维预浸料 | 带额外环氧粘合膜 |
|---|---|---|
| 树脂体积 | 低（针对纤维优化） | 高（用于填缝的过量树脂） |
| 表面浸润 | 在纹理拓扑结构上效果差 | 完全封装晶格 |
| 界面空隙 | 存在显著的气穴风险 | 零空隙连续介质 |
| 应力传递 | 不连续/薄弱 | 连续应力传递路径 |
| 拉伸强度 | 平面外抵抗力低 | 最大平面外强度 |
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参考文献
- Hamed Abdoli, Simon Bickerton. Surface topology modification using 3D printing techniques to enhance the interfacial bonding strength between polymer substrates and prepreg carbon fibre-reinforced polymers. DOI: 10.1007/s00170-024-13217-3
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
