科研進(jìn)展
蘭州化物所3D打印復合梯度結構聚酰亞胺獲新進(jìn)展
聚酰亞胺(PI)由于優(yōu)異的機械性能、熱穩定性能以及耐原子氧性能被廣泛用于自潤滑材料，在PI的整個(gè)基體中加入納米填料以改善其摩擦學(xué)性能已被廣泛研究。然而，由于成型方法的限制，PI的整體梯度結構很少被提及。增材制造又稱(chēng)3D打印，能夠發(fā)揮自由制造復雜對象的優(yōu)勢，為PI的結構設計帶來(lái)了機會(huì )。同時(shí)滿(mǎn)足高性能和高保形的3D打印PI對于摩擦學(xué)過(guò)程至關(guān)重要，但也極具挑戰。
近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所先進(jìn)潤滑與防護材料研發(fā)中心王齊華研究員、王廷梅研究員帶領(lǐng)的團隊報道了高強、高形狀保持聚酰亞胺及其復合梯度結構的一體化打印用于增強摩擦學(xué)性能。研究人員從分子水平設計出發(fā)，結合分子動(dòng)力學(xué)模擬計算得到了高溶解度、高性能的PI前驅體墨水，將甲基丙烯酸二甲氨基乙酯作為流變改性劑以及紫外光交聯(lián)位點(diǎn)，得到了適用于DIW打印的墨水。
通過(guò)優(yōu)化墨水配方，得到的3D打印PI具有突出的抗拉強度(~126 MPa)、優(yōu)異的楊氏模量(~3.5 GPa)、高硬度(~380 MPa)、顯著(zhù)的熱穩定性(Td~415°C、Tg~220°C)、低線(xiàn)性收縮率(~11%)以及優(yōu)異的透光率和透明度。
研究人員進(jìn)一步選用二硫化鉬(MoS2)作為固體潤滑劑，制備了PI/MoS2復合墨水，實(shí)現了不同結構PI的一體化打印。結果表明，3D打印的梯度PI/MoS2具有穩定/低的摩擦系數(COF)和極小的磨損，磨損率比3D打印的純PI降低了68%。相關(guān)研究成果發(fā)表在Additive Manufacturing（https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103440）上。
圖 3D打印聚酰亞胺及其摩擦學(xué)性能
以上工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、中科院B類(lèi)先導科技專(zhuān)項培育項目和慧眼行動(dòng)項目等的支持。
