【摘 要】
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紫外光（UV）固化技术凭借着固化速度快、能耗低和无污染等优势广泛应用在复合材料、医药和机械制造等诸多领域。但UV技术所使用的UV材料在固化过程中不可避免会产生尺寸收缩现象,因为固化过程中UV材料受到的作用力将会从远程范德华力变成共价键作用,从而导致分子间的距离减小,这限制了UV材料在精密设备中的应用。本研究将结合实验和有限元（FE）方法将中空聚氨酯丙烯酸酯（PUA）微球填充到三丙二醇二丙烯酸酯（T
【基金项目】
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国家自然科学基金（项目编号:11972171和11572140）; 江苏省自然科学基金（项目编号:BK20180031）; 江苏省重点研发计划（项目编号:BE2017069）; 机械系统与振动国家重点实验室开放课题（项目编号:MSV201909）; 中央高校基础研究经费NoJUSRP22002); 江苏省六大人才高峰计划
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紫外光（UV）固化技术凭借着固化速度快、能耗低和无污染等优势广泛应用在复合材料、医药和机械制造等诸多领域。但UV技术所使用的UV材料在固化过程中不可避免会产生尺寸收缩现象,因为固化过程中UV材料受到的作用力将会从远程范德华力变成共价键作用,从而导致分子间的距离减小,这限制了UV材料在精密设备中的应用。本研究将结合实验和有限元（FE）方法将中空聚氨酯丙烯酸酯（PUA）微球填充到三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）固化体系中,以调节UV固化涂层的收缩率和机械性能。本文主要研究内容如下:（1）利用微流控方法合成PUA中空微球,发现可以通过调节微流管道的流速和油相的含量对微球的尺寸和壁厚进行调整。接着利用同样的配比材料制备与微球壁厚一样的PUA薄膜,并对其进行原位拉伸实验和纳米压痕实验以获取基本力学参数。最后选取朱-王-唐本构模型对PUA材料在不同厚度下的力学行为进行描述。（2）对PUA中空微球进行抗压性能的分析。采用FE方法对不同直径、不同壁厚的单个PUA微球进行平板压球的模拟,探究不同的几何参数对微球受压时的力学性能和吸能效率的影响。（3）结合FE模拟和单轴拉伸实验对纯体系的TPGDA基体进行基本力学参数的获取。接着在FE中利用Python对Abaqus进行二次开发,建立PUA微球/TPGDA基复合材料的代表性体积单元（RVE）,并用多种复合材料理论对RVE模型和周期性边界条件进行了验证。在此基础上探讨微球的几何参数和体积分数对RVE模型弹性模量的影响。（4）通过FE对PUA微球/TPGDA基的RVE模型进行了UV固化收缩模拟。分析微球的几何参数对TPGDA基体的收缩性能的影响,并且将获取的不同参数下基体的收缩率进行拟合得出经验公式。最后通过UV固化实验来验证其公式的准确性。本研究基于多尺度研究方法突出了中空微球在UV固化材料中的应用,不仅为调节不同UV固化材料的收缩率提供了物理见解,还为制备具有较高的弹性模量和较低的收缩率的UV固化复合材料提供了指导。
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