适于选择性激光烧结成形的结晶性聚酰亚胺的制备与研究

Selective laser sintering (SLS) of is one of 3D print technologies and it has been considered as the key technology of the next industrial revolution. Polymer powders have been wildly and succesfully used as SLS materials, however, thermal stabilities and mechanical properties of the SLS products are restricted by the properties of polymers. So, high performance polymers for the SLS will be highly desired in the future. According to the special requirements of the SLS on crystalline polymers and powder particles, the polyimides with lower melting temperatures and excellent recrystallization ability are developed through the molecular structure design, the investigation of the relationship between structure and properties, and preparation method researches. Crystallization behavior and melting behavior are then studied to futher understand the crystallization mechanism of the polyimides and adjust the sintering window. The theoretical model of crystallization behavior will also be established, it can help us to study the crystallization behavior during the SLS. Above all, we hope our reaserch will be helpful for the development of related SLS materials in the future.

选择性激光烧结技术（SLS）是一种基于增材制造的3D打印技术，它被誉为“第三次工业革命”的关键技术。因此，开发适于SLS成形的特种高分子材料已经成为必然趋势。聚酰亚胺材料结晶性能的调控是开发SLS成形的聚酰亚胺材料过程中亟需解决的关键问题。本项目针对SLS技术对高分子材料的结晶性能和粉末颗粒的特殊要求，首先通过分子结构的设计、结构与性能关系的研究以及粉末制备方法的研究，开发出具有低熔点、优异熔体结晶能力的结晶性聚酰亚胺粉末材料；然后通过结晶行为和熔融行为的研究，深层次掌握聚酰亚胺结晶机理，探索烧结窗口的调控方法；并通过建立理论模型，为聚酰亚胺粉末材料在实际SLS成形过程中结晶行为的研究提供理论依据。期望最终能为相关SLS成形材料的研发奠定基础。

选择性激光烧结技术（SLS）是一种基于增材制造的3D打印技术，可直接制造三维复杂结构，解决传统制造工艺难以甚至无法加工的制造难题，被誉为“第三次工业革命”的关键技术。目前用于SLS成形的高分子材料主要为结晶性材料，因为只有结晶性聚合物成形制件的致密度和强度与模塑成形的制品相近，可直接用作功能件。结晶性聚酰亚胺材料优异的结晶性、耐热稳定性、尺寸稳定性和机械性能，使其成为了潜在的SLS成形材料。但是，专门针对SLS成形的结晶性聚酰亚胺材料的相关研究尚未见报道。本项目针对选择性激光烧结成形（SLS）对高分子粉末的特殊要求，从材料的热性能、熔体流动性、烧结窗口、粉末颗粒的粒径、形状等方面着手，探索开发可用于SLS成形的结晶性聚酰亚胺材料的可能性。首先从聚合物结构与性能的关系出发，通过均聚和共聚合成了多个系列的聚酰亚胺材料，通过热性能，结晶性能，熔体流动性能等研究，制备得到了一种具有较高的耐热性、较低的熔融温度(Tm=367 ℃)，优异的熔体重复结晶能力、较快的熔体结晶速率和良好的熔体流动性的结晶性聚酰亚胺材料；然后研究了不同聚合方法对聚酰亚胺粉末和粒径大小及分布的影响，掌握了采用高温一步法获得粉末粒径大小均一、近圆形颗粒的办法和工艺，获得D50为40μm左右的粉末颗粒；开展了结晶性聚酰亚胺材料的烧结窗口调控研究，烧结窗口越宽，则越有益于SLS成形。通过对该聚合物等温及非等温结晶动力学的研究，通过相应的热处理工艺，烧结窗口可以达到40 ℃，这对于实现SLS成型是至关重要的。通过本项目的实施，进一步为掌握分子链结构对聚酰亚胺结晶性能的影响提供了大量的数据支撑，也使得结晶性聚酰亚胺材料应用于SLS成型成为了可能，同时为后续相关SLS成形聚酰亚胺材料的研发奠定了基础。