Zaproponowane przez chińskich naukowców na łamach czasopisma Frontiers of Materials Science rozwiązanie stanowi przystępną alternatywę dla wytwarzanych metodami przemysłowymi włókien zbrojenia i opiera się na występującym w przyrodzie minerale – wollastonicie igiełkowym.
Głównym mankamentem wypełniaczy mineralnych, stosowanych jako wzmocnienie polimerowych żywic, jest tendencja do akumulacji i zbrylania się. Na potrzeby wykorzystania igiełkowych kryształów wollastonitu w druku 3D metodą fotopolimeryzacji, opracowano dwuetapową metodologię modyfikacji powierzchni tego minerału, która nadaje mu właściwości hydrofobowe. W pierwszej kolejności przeprowadzana jest aktywacja powierzchni za pomocą roztworu kwasu chlorowodorowego, a następnie – powlekanie cząstek minerału silanowym środkiem wiążącym KH-570. W konsekwencji uzyskiwane jest równomierne rozprowadzenie i silne związanie mineralnego wzmocnienia w strukturze żywicy.
Uzyskany kompozyt zbadano w ramach druku 3D metodą stereolitografii SLA, z zastosowaniem próbek surowca o zawartości wollastonitu w zakresie pomiędzy 3 a 20% w ujęciu masowym. Badania wydruków próbek z żywicy o 9% zawartości mineralnej wykazały wytrzymałość na rozciąganie 38 MPa, wydłużenie przy zerwaniu na poziomie 19% i odporność udarową 13,5 kJ·m−2, a więc odpowiednio o 111%, 35% i 170% więcej niż w przypadku czystej żywicy. Dla materiału o 6% zawartości igełkowych kryształów odnotowano wzrost temperatury najszybszego rozkładu do 436,35 °C.
Prezentowane badania są świadectwem potencjału zastosowania ekonomicznego zbrojenia mineralnego w druku 3D materiałów kompozytowych w matrycy polimerowej metodą SLA. Proponowany wybór wollastonitu zbiega się z historycznymi tradycjami wydobycia i użytkowania tego materiału w Chinach, a także możliwościami technologicznymi jego syntezy.
eurekalert.org
Zhang, X., Chen, J. & Tang, Y.: Study on properties of photosensitive resins reinforced by KH570-modified needle-shaped wollastonite, Front. Mater. Sci. 20, 260776 (2026)
