3D打印各向异性液晶弹性体的可调能量吸收特性

《ACS Applied Polymer Materials》：Tunable Energy Absorption Characteristics of 3D-Printed Anisotropic Liquid Crystal Elastomers

3D打印液晶弹性体（LCE）的能量吸收性能受纤维角度、子结构图案和填充密度影响，多域LCE力学性能各向同性且受纤维角度影响小，单域LCE则纤维角度减小和填充密度增加可提升能量吸收，其粘接强度与整体强度匹配，冲击吸收率优于传统橡胶薄膜。

　　

液晶介子的旋转会消耗能量，这使得液晶弹性体（LCE）成为一种有前景的用于能量吸收的柔软材料。与其他制造技术相比，三维（3D）打印在定制液晶弹性体的各向异性和调节其能量吸收性能方面具有显著优势。然而，目前文献中尚未明确打印参数与打印出的各向异性液晶弹性体能量吸收之间的关系。在这项研究中，我们探讨了3D打印液晶弹性体样品的机械性能和能量吸收性能如何受到关键打印参数的影响，这些参数包括丝材角度、打印子结构的图案以及填充密度。研究结果表明，多畴液晶弹性体表现出各向同性的机械性能，并且几乎不受丝材角度的影响。相比之下，对于单畴液晶弹性体而言，降低丝材角度和增加填充密度都能增强其能量吸收能力。此外，我们还发现打印丝材之间的粘附强度并不是一个弱点，因为在多畴和单畴液晶弹性体中，这种粘附强度都与材料的内聚强度相当。另外，3D打印液晶弹性体薄膜在冲击载荷下的能量吸收率明显高于传统橡胶薄膜。这些发现为将基于3D打印液晶弹性体的柔软材料应用于能量吸收领域提供了宝贵的指导。