KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| 光固化3D打印聚酰亚胺材料研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 郭玉雄 | |
| Thesis Advisor | 周峰 ; 王晓龙 |
| 2018-05-22 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学硕士 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 3D打印 聚酰亚胺 光敏树脂 耐高温 增材制造 3D printing Polyimides Photosensitive resin High heat-resistant Additive manufacturing |
| Abstract | 聚酰亚胺作为一种高性能、高耐热和耐溶剂性工程塑料，已经广泛应用于航空航天、汽车制造、微电子及化学化工等领域。然而，刚性分子链在赋予其优异综合性能的同时也带来了其难溶解、难熔融及加工难等问题，因此，市场上聚酰亚胺多数以薄膜、涂层等形式被使用。采用模压等方式可以制备聚酰亚胺三维制件，但其分辨率、稳定性和精度均非常有限，且难以实现具有复杂结构的三维制件，这已成为目前限制其应用的主要瓶颈之一。因此，从分子设计出发，发展新型聚酰亚胺材料，实现高精度复杂三维结构制件的快速制造对其在各领域的应用具有重要意义。本论文通过分子结构设计，采用马来酰基封端、侧基接枝等方法，制备了具有优异溶解性的光固化聚酰胺酸（PAA）/聚酰亚胺低聚物等前驱体，并以此为基础通过加入活性稀释剂、扩链剂、光引发剂等制备了具有快速光固化性能的增材制造（简称为3D打印）专用墨水材料，采用数字光处理（DigitalLightProcessing,DLP）3D打印和墨水直书写（DirectInkWriting,DIW）3D打印技术实现了高性能聚酰亚胺复杂三维结构制件的高精度快速制造，为聚酰亚胺在航空航天、汽车制造、微电子等领域的应用提供了新的解决方案。具体研究内容如下： 1.光固化聚酰亚胺合成及DLP3D打印研究。首先通过分子设计合成由马来酸酐封端的聚酰亚胺低聚物，通过高温溶液亚胺化并接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯制备了光固化聚酰亚胺低聚物（PI）。高溶解性PI低聚物与反应性稀释剂及引发剂共同组成了获得用于DLP3D打印的无溶剂光固化PI墨水。研究结果表明，PI墨水具有优异的机械性能、热稳定性及打印成型精度，并且光固化PI墨水能够打印各种复杂高精度三维结构。 2.光固化聚酰胺酸合成及光辅助DIW3D打印研究。针对溶剂光固化PI墨水部分性能不能满足目前相关领域的要求，我们提出了一种新的两步法固化紫外辅助直书写3D打印PI墨水，其类似于传统的两步法制备PI薄膜。首先采用甲基丙烯酸羟乙酯改性的聚（酰胺酸）（PAA）制备光固化PI前体墨水，之后再利用UV-辅助直接墨水书写（DIW）技术进行3D打印，最后进行热酰亚胺化。研究结果表明，UV-DIWPI墨水具有出色的耐热性、耐溶剂性和机械性能，特别是高温热处理后的尺寸收缩率小于6％。另外，使用本方法可以实现自支撑聚酰亚胺功能3D部件的打印，例如聚酰亚胺弹簧和漆包线。 3.DLP3D打印聚酰亚胺制件摩擦性能的研究。研究结果显示，根据已经报道的传统模压PI的摩擦性能，3D打印PI制件在高载荷下具有高磨损及高的摩擦系数。尽管3D打印PI制件具有不抗磨、高磨损等问题，但这也为今后针对3D打印材料的摩擦学问题的研究开辟了新的方向，如何提高和改善3D打印PI制件的摩擦性能，是我们今后的研究工作重点，也为进一步将3D打印应用于摩擦学领域开辟新的领域。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25271 |
| Collection | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 郭玉雄. 光固化3D打印聚酰亚胺材料研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2018. |
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| 201807郭玉雄.pdf（4925KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
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