[发明专利]一种聚酰亚胺直书写增材及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及高性能材料增材制造技术领域，特别涉及一种聚酰亚胺直书写增材及其制备方法。

背景技术

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DLP 3D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。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺直书写增材及其制备方法，采用本发明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。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明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。