3D打印建筑构件用环氧基材料的特性要求

 一、引言

3D 打印技术在建筑领域的应用日益广泛，其使用的材料性能直接影响打印构件的质量和使用寿命。环氧基材料因其优异的力学性能、耐久性和可操作性，成为 3D 打印建筑构件的重要选择之一。本文将探讨 3D 打印建筑构件用环氧基材料的特性要求。

 二、材料组成与配比

 （一）主要成分

3D 打印用环氧树脂混凝土材料以水泥和环氧树脂为主要成分。环氧树脂可选用均苯三酚三缩水甘油、四氢化苯二甲酯环氧树脂和邻苯二甲酯环氧树脂等。这些环氧树脂使得混凝土材料的固化分为初始阶段、强度形成阶段和最终硬化阶段。 

 （二）添加剂

为改善材料性能，通常添加多种添加剂：

- 密实填料：如石英砂、玻璃微珠和陶土等，可提高材料的密实度和强度。

- 固化剂：如脂环胺、酚醛树脂和芳香胺等，促进环氧树脂的固化。

- 活性稀释剂：如环氧丙烷苯基醚、二环氧丙烷乙基醚和三环氧丙烷丙基醚等，降低环氧树脂的黏度，便于施工。

- 增韧剂：如聚丙二醇二缩水甘油醚、聚酰胺树脂和液体硅橡胶等，提高材料的韧性和抗裂性能。

- 触变剂：如纳米黏土、有机膨润土和硅酸镁铝等，赋予材料良好的触变性，便于打印成型。

- 其他添加剂：包括减水剂、偶联剂、增稠保水剂、消泡剂和纤维等，这些添加剂可进一步优化材料的性能。 

 （三）配比

材料的配比对性能有重要影响。例如，一种典型的配比为：

- 水泥：100 份

- 密实填料：50 份

- 环氧树脂：15 份

- 固化剂：12 份

- 活性稀释剂：6 份

- 偶联剂：0.75 份

- 增韧剂：1.2 份

- 减水剂：1 份

- 速凝剂：1.5 份

- 触变剂：2 份

- 增稠保水剂：1 份

- 消泡剂：0.1 份

- 纤维：1.5 份

 三、力学性能 

 （一）抗压强度

3D 打印用环氧树脂混凝土材料应具有较高的抗压强度。例如，某实验结果显示：

- 3 天抗压强度（R3d）：33.5MPa

- 7 天抗压强度（R7d）：45.8MPa

- 28 天抗压强度（R28d）：62.4MPa 

 （二）抗折强度

抗折强度也是衡量材料性能的重要指标。实验结果显示：

- 3 天抗折强度（R3d）：7.1MPa

- 7 天抗折强度（R7d）：9.5MPa

- 28 天抗折强度（R28d）：13.4MPa

 四、流变性能

材料的流变性能直接影响打印过程的顺利进行。良好的流变性能可确保材料在打印过程中具有适当的流动性，便于挤出成型，同时避免出现坍塌现象。增稠保水剂的加入可提高材料的黏度，使其在静态或低剪切下具有高黏度，在高剪切下为低黏度。

 五、固化性能

环氧基材料的固化性能至关重要。固化剂的选择和用量需精确控制，以确保材料在打印后能够快速固化，形成稳定的结构。例如，使用特定的固化剂和活性稀释剂组合，可使材料在打印后迅速固化，同时避免固化过程中产生过多热量，导致材料开裂。

 六、耐久性能 

 （一）耐水性

3D 打印建筑构件通常暴露在自然环境中，因此环氧基材料需具备良好的耐水性。实验表明，加入特定的增韧剂和触变剂可提高材料的耐水性能。 

 （二）耐候性

材料应具有良好的耐候性，能够抵抗紫外线、温度变化等自然因素的侵蚀。通过添加特定的添加剂，可提高材料的耐候性，延长构件的使用寿命。

 七、打印性能 

 （一）层间粘结性能

良好的层间粘结性能是确保打印构件整体性的重要因素。实验结果显示，加入特定的增韧剂和纤维可显著提高层间粘结性能。 

 （二）可操作时间

材料应具有适当的可操作时间，以便在打印过程中能够充分成型。通过调整固化剂和活性稀释剂的用量，可控制材料的可操作时间。

 八、结论

3D 打印建筑构件用环氧基材料需满足多种特性要求，包括力学性能、流变性能、固化性能、耐久性能和打印性能等。通过合理选择材料组成和配比，可制备出性能优异的环氧基材料，满足 3D 打印建筑构件的需求。