科研進(jìn)展
蘭州化物所3D打印復(fù)合梯度結(jié)構(gòu)聚酰亞胺獲新進(jìn)展
聚酰亞胺(PI)由于優(yōu)異的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性能以及耐原子氧性能被廣泛用于自潤(rùn)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(jié)構(gòu)很少被提及。增材制造又稱3D打印，能夠發(fā)揮自由制造復(fù)雜對(duì)象的優(yōu)勢(shì)，為PI的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了機(jī)會(huì)。同時(shí)滿足高性能和高保形的3D打印PI對(duì)于摩擦學(xué)過程至關(guān)重要，但也極具挑戰(zhàn)。
近日，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所先進(jìn)潤(rùn)滑與防護(hù)材料研發(fā)中心王齊華研究員、王廷梅研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)報(bào)道了高強(qiáng)、高形狀保持聚酰亞胺及其復(fù)合梯度結(jié)構(gòu)的一體化打印用于增強(qiáng)摩擦學(xué)性能。研究人員從分子水平設(shè)計(jì)出發(fā)，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算得到了高溶解度、高性能的PI前驅(qū)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。
通過優(yōu)化墨水配方，得到的3D打印PI具有突出的抗拉強(qiáng)度(~126 MPa)、優(yōu)異的楊氏模量(~3.5 GPa)、高硬度(~380 MPa)、顯著的熱穩(wěn)定性(Td~415°C、Tg~220°C)、低線性收縮率(~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(rùn)滑劑，制備了PI/MoS2復(fù)合墨水，實(shí)現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)PI的一體化打印。結(jié)果表明，3D打印的梯度PI/MoS2具有穩(wěn)定/低的摩擦系數(shù)(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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院B類先導(dǎo)科技專項(xiàng)培育項(xiàng)目和慧眼行動(dòng)項(xiàng)目等的支持。
