MME：高性能異氰酸酯熱固聚合物3D列印

2020-09-25 江蘇雷射產業創新聯盟

創新點

針對目前3D列印熱固性聚合物材料不能兼具高列印精度、高力學強度、高耐熱性能的問題，中國科學院蘭州化學物理研究所研究團隊發展了一種具有優異光固化性能的3D列印異氰酸酯樹脂，採用數字光處理（DLP）3D列印成型後再熱固化交聯的策略實現了高性能熱固性聚合物材料及其複雜構件的製造。

關鍵詞

3D列印，異氰酸酯，熱固性聚合物，DLP

光固化3D列印因具有高精度和複雜結構成型等特點在許多領域倍受關注。但是，目前常用光固化3D列印材料如丙烯酸酯、環氧、聚氨酯等在耐熱性和機械強度方面的不足嚴重限制了其應用，尤其是在汽車工業、航空航天等需要高性能材料的領域。發展高性能光固化3D列印材料已成為增材製造領域突破瓶頸的關鍵。近年來，採用先光固化成型再後處理實現高性能聚合物材料3D列印的策略取得了較好的效果，但仍存在尺寸收縮大、精度差以及整體性能不佳的問題。

據此，中國科學院蘭州化學物理研究所王曉龍研究員課題組設計製備了一種兼具優異光固化性能與熱固化性能的異氰酸酯3D列印材料，通過兩步固化法，先光固化成型再熱固化，實現了具有高精度、高強度、優異耐熱性能的熱固性聚合物3D列印。

研究團隊通過甲苯二異氰酸酯與丙烯酸羥丙酯反應合成了一種含有碳-碳不飽和雙鍵的異氰酸酯樹脂，並製備了具有良好光固化性能的光敏樹脂。異氰酸酯樹脂中的不飽和雙鍵在數字光處理（DLP）3D列印過程中發生自由基聚合反應，由液體變成固體，形成所要製造的高精度結構；成型後的熱處理使高分子鏈中的異氰酸酯基團三聚成環，形成具有優異熱穩定性的異氰尿酸酯六元環，同時形成網狀交聯結構聚合物，賦予列印件優異的耐熱性能與力學性能。研究發現，通過調整活性稀釋劑比例可實現墨水性能和3D列印構件性能的調控。測試表明，經光固化3D列印與熱固化後，最優化的聚合物材料拉伸強度、初始分解溫度、玻璃化轉變溫度分別可達87MPa ，290℃和190℃。該工作為3D列印兼具高精度、高機械性能、高耐熱性能的熱固性高分子材料和結構提供了重要的參考依據，為3D高性能聚合物及其實際應用提供了材料和技術基礎。

相關結果發表在Macromolecular Materials and engineering (DOI: 10.1002/mame.202000397)上，作者：Tao Wu, Pan Jiang, Dr. Zhongying Ji, Yuxiong Guo, Prof. Xiaolong Wang*, Prof. Feng Zhou, Prof. Weimin Liu*

原文連結：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mame.202000397，3D Printing of High‐Performance Isocyanate Ester Thermosets

來自：ASNChina AdvancedScienceNews ，江蘇雷射聯盟轉載

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