美国ORNL实验室开发出可3D打印高强硅砂结构的新型聚合物粘合剂

美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）的科研人员设计出一种新型聚合物，可用做喷射增材制造的粘合剂，用来粘合和强化硅砂。

ORNL团队设计的这种聚乙烯亚胺 (PEI) 粘合剂将使采用3D打印技术来制造复杂几何形状和超强度的硅砂结构成为可能。与传统粘合剂相比，该粘合剂可将硅砂部件强度提高一倍，而且具有水溶性。

采用粘合剂喷射直接打印的硅砂部件最初是多孔的，随后可通过渗透设计，使用一种名为氰基丙烯酸酯的超级胶水材料来填充间隙，进一步提高结构强度。由于PEI与氰基丙烯酸酯结合的反应方式独特，使得用胶水材料渗透的3D打印硅砂结构的强度可以提高8倍以上，从而使这种聚合物砂复合材料比任何其他已知的建筑材料（包括砖石）更坚固。虽然用传统粘合剂形成的部件通过渗透材料（例如强力胶）同样可变得更致密，但没有一个产品能达到或接近PEI粘合剂的性能。

为验证该项技术，ORNL团队3D打印了一座6.5厘米长的硅砂桥模型，可承受自身重量300倍的载荷。这种3D超强度硅砂结构的一个潜在应用是用于改进复合材料制造工装。该研究得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室的资助，相关的研究论文《Additive manufacturing of strong silica sand structures enabled by polyethyleneimine binder》已在Nature Communications期刊上发表。这种新型粘合剂2019年曾荣获“R&D 100”年度奖，并已获得行业合作伙伴ExOne的研究许可。