南洋理工大學胡曉課題組：可用于PμSL 3D打印的高強度苯并惡嗪

來源：摩方精密

聚苯并惡嗪（polybenzoxazines，PBZs），是一類高性能熱固性酚醛塑料。因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、力學性能、高的殘?zhí)悸省?yōu)異的阻燃性、低吸水率、幾乎為零的體積收縮率，使得PBZs在眾多領(lǐng)域都有廣泛的應用，例如防腐涂層、電子、航空復合材料、混紡纖維以及合金等。然而，PBZs本身比較脆，并且因其高的固化溫度（通常為180-250 ℃）而導致加工性差。此外，常規(guī)的制備工藝例如擠出和熔融都十分難制備復雜的PBZs結(jié)構(gòu)，這也極大地限制了其進一步的應用。

3D打印技術(shù)是一種創(chuàng)新性的材料加工技術(shù)，可突破材料限制實現(xiàn)傳統(tǒng)加工方式難以制備的三維復雜結(jié)構(gòu)。在眾多3D打印技術(shù)中，基于光聚合的面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)因其制備的結(jié)構(gòu)具有高精度和微小的細節(jié)尺寸的特點而廣受關(guān)注。進一步地，通過將上述光固化3D打印技術(shù)與熱固化處理相結(jié)合，可有效實現(xiàn)具有復雜三維結(jié)構(gòu)的高性能功能化器件。

基于上述背景，南洋理工大學胡曉課題組設(shè)計并合成了低粘度的可光固化苯并惡嗪（Benzoxazine，BZs），并使用PμSL 3D打印技術(shù)實現(xiàn)了三維復雜結(jié)構(gòu)的成型。初步研究結(jié)果表明，制備所得的雙固化PBZs具有很高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg （264 ℃）和彎曲模量（4.91 GPa），且通過使用高精度PμSL打印設(shè)備（nanoArchS140，摩方精密）和熱處理可對該體系的PBZs進行復雜三維結(jié)構(gòu)的制備。這些發(fā)現(xiàn)都極為有利地推動了可光固化3D打印BZ材料的設(shè)計，并為高效制造高性能熱固性材料以滿足各種高要求的工程應用提供了一種新途徑。該研究成果，以“The molecular design of photo-curable and high-strengthbenzoxazine for 3D printing”為題發(fā)表在Chemical Communication上。

原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D0CC07801H

圖1.(a) 合成路線；(b) BZ-C2, BZ-C5和BZ-BA粘度與剪切速率的對比曲線； (c) BZ-C2 和BZ-C5 在稀釋的三氯甲烷溶劑中的UV吸收光譜；(d)PBZ-C2在不同溫度下固化的DSC曲線；(e) 光固化BZ-C2/C5和PBZ-C2/C5 在N2氣氛下TGA （熱重分析）。

圖二 (a) 存儲模量 (插圖:測試樣條)；(b) BZ-C2/C5和PBZ-C2/C5 tan ẟ（Tg的指標參數(shù)）隨溫度變化曲線；(c) PBZ-C2和PBZ-C5在不同溫度下熱固化的彎曲應力-應變曲線；(d)光固化BZ和PBZ的開環(huán)實驗機理以及相應的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。

表一使用摩方精密nanoArch S140設(shè)備打印的不同3D結(jié)構(gòu)熱處理前后的尺寸變化。