一种聚酰亚胺直书写增材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚酰亚胺直书写增材的制备方法，涉及高性能材料增材制造技术领域。本发明专利技术的制备方法包括以下步骤：(1)将聚酰亚胺光敏墨水直书写挤出后立即紫外固化，得到聚酰亚胺前躯体成形件；(2)将所述步骤(1)得到的聚酰亚胺前躯体成形件热处理，得到聚酰亚胺直书写增材。采用本发明专利技术的方法得到的聚酰亚胺直书写增材具有优异的综合性能；弯曲强度150～250MPa，拉伸强度80～200MPa，断裂伸长率5％～15％，弯曲模量1.5～3GPa，热变形温度200～300℃，玻璃化转变温度200～300℃，最大热分解温度450～600℃，体积收缩率为4～8％，介电常数1.5～3.0。

【技术实现步骤摘要】
一种聚酰亚胺直书写增材及其制备方法
本专利技术涉及高性能材料增材制造
，特别涉及一种聚酰亚胺直书写增材及其制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺作为一种具有优异综合性能的工程塑料，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，高精度复杂三维结构聚酰亚胺制件的快速制造方法对其在各领域的应用具有重要意义。近年来，聚酰亚胺增材制造(也称3D打印)兴起，但其性能和精度均难以满足应用需求。目前，聚酰亚胺增材制造采用的是立体光刻3D打印(SLA)技术实现三维制件的快速制造。现有技术(CN105153127A、CN105837760A)公开了光固化聚酰亚胺齐聚物及墨水专利，且现有技术(J.Mater.Chem.A，2017，5，16307-16314)报道了光固化聚酰亚胺墨水的制备及DLP3D打印，相比商业化丙烯酸类、环氧基聚酯类光固化墨水材料，具有优异的机械性能和热性能，但相比传统模压及涂膜法制备的聚酰亚胺性能有一定差距。弗吉尼亚理工大学报道了利用掩膜光刻技术通过二次热处理实现了高性能全芳香聚酰亚胺的打印制造(Adv.Mater.2017，29：1701240)，尽管此方法具有高的机械强度和热稳定性，但其具有较大的体积收缩率，接近50％，由此也限制了其进一步的应用。因此，如何提供一种具有高机械强度和热稳定性，同时具有较小体积收缩率的聚酰亚胺树脂材料已经成为国内外的研究焦点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种聚酰亚胺直书写增材及其制备方法，采用本专利技术的方法制备的聚酰亚胺直书写增材具有较好机械强度和热稳定性的同时，还具有较小的体积收缩率。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种聚酰亚胺直书写增材的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚酰亚胺光敏墨水直书写挤出后立即紫外固化，得到聚酰亚胺前躯体成形件；(2)将所述步骤(1)得到的聚酰亚胺前躯体成形件热处理，得到聚酰亚胺直书写增材。优选地，所述步骤(1)中直书写挤出的速率为1～15mm/s。优选地，所述步骤(1)中直书写挤出的喷嘴直径为50～500μm优选地，所述步骤(1)中直书写挤出的方式包括气体挤出或螺旋挤出。优选地，所述步骤(1)中紫外固化的紫外光源强度为0.5～20W/cm2。优选地，所述步骤(1)中聚酰亚胺光敏墨水包括以下重量份数的组分：可光固化聚酰胺酸树脂40～60份，稀释剂10～50份，扩链剂1～10份，引发剂1～3份和溶剂5～40份，所述聚酰亚胺光敏墨水的黏度为103～107mPa.s。优选地，所述步骤(2)中热处理的氛围包括氮气、惰性气体或真空。优选地，所述步骤(2)中热处理的程序为70～80℃保温0.5～1.5h，升温至120～150℃保温1～2h，升温至180～200℃保温1～2h，升温至240～260℃保温1～3h，升温至280～300℃保温1～1.5h，升温至350～400℃保温0.5～1h。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法得到的聚酰亚胺直书写增材，所述聚酰亚胺直书写增材的拉伸强度为80～180MPa，体积收缩率为6％，玻璃化转化温度为245～300℃，弯曲强度为150MPa。本专利技术提供了一种聚酰亚胺直书写增材的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚酰亚胺光敏墨水直书写挤出后立即紫外固化，得到聚酰亚胺前躯体成形件；(2)将所述步骤(1)得到的聚酰亚胺前躯体成形件热处理，得到聚酰亚胺直书写增材。本专利技术的直书写挤出基于单线丝堆积的原理实现，使得聚酰亚胺墨水在亚胺化过程中产生的单线丝收缩力因线丝之间的粘接和约束而大大抵消，从而降低了聚酰亚胺直书写增材的体积收缩。从实施例可以看出，本专利技术的聚酰亚胺直书写增材的拉伸强度为80～180MPa，体积收缩率为6％，玻璃化转化温度为245～300℃，弯曲强度为150MPa。附图说明图1为挤出-紫外固化装置的模型及实物图。具体实施方式本专利技术提供了一种聚酰亚胺直书写增材的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚酰亚胺光敏墨水直书写挤出后立即紫外固化，得到聚酰亚胺前躯体成形件；(2)将所述步骤(1)得到的聚酰亚胺前躯体成形件热处理，得到聚酰亚胺直书写增材。本专利技术将聚酰亚胺光敏墨水直书写挤出后立即紫外固化，得到聚酰亚胺前躯体成形件。在本专利技术中，所述聚酰亚胺光敏墨水的黏度优选为103～107mPa.s。本专利技术对所述聚酰亚胺光敏墨水的组成没有特殊的限定，只要能使聚酰亚胺光敏墨水符合黏度要求，且能够挤出并进行紫外固化即可。在本专利技术中，所述聚酰亚胺光敏墨水的组成优选包括以下重量份数的组分：可光固化聚酰亚胺树脂40～60份，稀释剂10～50份，扩链剂1～10份，引发剂1～3份和溶剂5～40份；更优选为：可光固化聚酰胺酸树脂45～55份，稀释剂20～40份，扩链剂3～8份，引发剂1.5～2.5份和溶剂10～35份；最优选为：可光固化聚酰胺酸树脂47～52份，稀释剂25～30份，扩链剂5～6份，引发剂1.8～2.2份和溶剂20～30份。在本专利技术中，所述聚酰亚胺光敏墨水中的可光固化聚酰亚胺树脂优选包括分子链侧基或端基带有丙烯酰或甲基丙烯酰不饱和双键基团的聚酰亚胺树脂；所述聚酰亚胺树脂的数均分子量优选为5000～100000kg/mol。本专利技术对所述可光固化聚酰胺酸树脂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可，具体的，如国产GY-2、RC-PAA-F、teyuePAA-2、PI-100和美国杜邦ST-2010DF、CR-6100、SP-1的商业化产品。在本专利技术中，所述聚酰亚胺光敏墨水中的稀释剂优选包括苯乙烯、N-乙烯基吡咯烷酮及丙烯酸脂类中的一种或几种。在本专利技术中，所述聚酰亚胺光敏墨水中的扩链剂优选包括双-季戊四醇六丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或几种。在本专利技术中，所述聚酰亚胺光敏墨水中的引发剂优选包括安息香二甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮和2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的一种或多种。在本专利技术中，所述聚酰亚胺光敏墨水中的溶剂优选包括酰胺类有机溶剂、四氢呋喃和酮类有机溶剂中的一种或几种。在本专利技术中，所述聚酰亚胺光敏墨水为一种高黏度浆料，光敏墨水中溶剂含量较少，减小了聚酰亚胺光敏墨水在亚胺化过程中因溶剂挥发带来的体积收缩。在本专利技术中，所述聚酰亚胺光敏墨水优选通过气体源供料进入后续的直书写挤出步骤。在本专利技术中，所述气体源的压力优选为200～800KPa，更优选为300～700KPa，最优选为400～600KPa。在本专利技术中，所述直书写挤出的速率优选为1～15mm/s，更优选为3～12mm/s，最优选为5～10mm/s。在本专利技术中，所述直书写挤出的喷嘴直径优选为50～500μm，更优选为100～400μm，最优选为200～300μm。在本专利技术中，所述直书写挤出方式优选包括气体挤出或螺旋挤出。在本专利技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚酰亚胺直书写增材的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚酰亚胺光敏墨水直书写挤出后立即紫外固化，得到聚酰亚胺前躯体成形件；(2)将所述步骤(1)得到的聚酰亚胺前躯体成形件热处理，得到聚酰亚胺直书写增材。

【技术特征摘要】
1.一种聚酰亚胺直书写增材的制备方法，包括以下步骤：(1)将聚酰亚胺光敏墨水直书写挤出后立即紫外固化，得到聚酰亚胺前躯体成形件；(2)将所述步骤(1)得到的聚酰亚胺前躯体成形件热处理，得到聚酰亚胺直书写增材。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中直书写挤出的速率为1～15mm/s。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中直书写挤出的喷嘴直径为50～500μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中直书写挤出的方式包括气体挤出或螺旋挤出。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中紫外固化的紫外光源强度为0.5～20W/cm2。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中聚酰亚胺光敏墨水包括以下重量份数的组分：可光固化聚酰胺酸树脂40～60份，稀释剂10～50份，扩链剂1～10份，引发剂1～3份和溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓龙，郭玉雄，闫昌友，刘志鲁，周峰，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62