蘭州化物所3D打印聚酰亞胺自潤(rùn)滑研究取得系列進(jìn)展

來源： 蘭州化學(xué)物理研究所

聚酰亞胺自潤(rùn)滑復(fù)合材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和自潤(rùn)滑等綜合性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造和微電子等領(lǐng)域。

中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3D打印摩擦器件研究團(tuán)隊(duì)在3D打印聚酰亞胺潤(rùn)滑材料與器件研究方面取得系列進(jìn)展。為解決聚酰亞胺溶解性和光固化3D打印成型難題，研究人員通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，于2017年發(fā)展了具有優(yōu)異溶解性能的可快速光固化聚酰亞胺樹脂，并實(shí)現(xiàn)了具有優(yōu)異耐高溫等綜合性能的DLP光固化3D打印聚酰亞胺（Journal of Materials Chemistry A）；受傳統(tǒng)聚酰亞胺先由聚酰胺酸涂膜再熱酰亞胺化處理工藝的啟發(fā)，提出并發(fā)展了紫外輔助直書寫打?。║V-DIW）聚酰亞胺3D打印（Advanced Engineering Materials），在材料與工藝方面均取得進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了較高精度聚酰亞胺3D打印成形制造（圖1）。相關(guān)技術(shù)分別獲中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)和美國(guó)專利授權(quán)2件。

研究人員在系統(tǒng)探究光固化3D打印成形方式對(duì)聚酰亞胺摩擦學(xué)性能影響的基礎(chǔ)上（《摩擦學(xué)學(xué)報(bào)》），采用聚四氟乙烯（PTFE）微粉復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了具有優(yōu)異減摩抗磨性能的3D打印聚酰亞胺自潤(rùn)滑復(fù)合材料（圖2），并發(fā)揮3D打印層層累積成形的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了“按需潤(rùn)滑”聚酰亞胺自潤(rùn)滑表界面材料和軸承等零部件（圖2）的3D打印制造，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)聚合物自潤(rùn)滑零部件設(shè)計(jì)與制造提供了材料和技術(shù)方案（Tribology International）。

在UV-DIW 3D打印聚酰亞胺研究的基礎(chǔ)上，研究人員實(shí)現(xiàn)了具有高儲(chǔ)油空間結(jié)構(gòu)的多孔聚酰亞胺自潤(rùn)滑材料3D打印制造（圖3），得到了內(nèi)部孔隙可調(diào)節(jié)、機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性良好、含油摩擦系數(shù)低至0.08的多孔聚酰亞胺制件。相關(guān)研究成果發(fā)表在Tribology International和《摩擦學(xué)學(xué)報(bào)》上，并獲2件中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)。

上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院“西部之光”交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、甘肅省科技計(jì)劃項(xiàng)目和蘭州市城關(guān)區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目等的支持。

圖1.光固化3D打印聚酰亞胺微型精密潤(rùn)滑部件

圖2.PI/PTFE潤(rùn)滑復(fù)合材料摩擦學(xué)性能及“按需潤(rùn)滑”功能型軸承

圖3. 多孔聚酰亞胺含油潤(rùn)滑性能及含油潤(rùn)滑器件設(shè)計(jì)智造