南洋理工大學(xué)胡曉課題組：可用于PμSL 3D打印的高強(qiáng)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(xué)性能、高的殘?zhí)悸�、�?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(yīng)用，例如防腐涂層、電子、航空復(fù)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(dǎo)致加工性差。此外，常規(guī)的制備工藝?yán)�如擠出和熔融都十分難制備復(fù)雜的PBZs結(jié)構(gòu)，這也極大地限制了其進(jìn)一步的應(yīng)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(fù)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(xì)節(jié)尺寸的特點而廣受關(guān)注。進(jìn)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(fù)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(xué)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(fù)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(jìn)行復(fù)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(yīng)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(biāo)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(yīng)力-應(yīng)變曲線；(d)光固化BZ和PBZ的開環(huán)實驗機(jī)理以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)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。