蘭州化物所3D打印聚酰亞胺自潤滑研究取得系列進展

來源： 蘭州化學物理研究所

聚酰亞胺自潤滑復合材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機械強度和自潤滑等綜合性能，廣泛應用于航空航天、汽車制造和微電子等領域。

中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室3D打印摩擦器件研究團隊在3D打印聚酰亞胺潤滑材料與器件研究方面取得系列進展。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構設計，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展，實現(xiàn)了較高精度聚酰亞胺3D打印成形制造（圖1）。相關技術分別獲中國發(fā)明專利授權和美國專利授權2件。

研究人員在系統(tǒng)探究光固化3D打印成形方式對聚酰亞胺摩擦學性能影響的基礎上（《摩擦學學報》），采用聚四氟乙烯（PTFE）微粉復合，實現(xiàn)了具有優(yōu)異減摩抗磨性能的3D打印聚酰亞胺自潤滑復合材料（圖2），并發(fā)揮3D打印層層累積成形的優(yōu)勢，實現(xiàn)了“按需潤滑”聚酰亞胺自潤滑表界面材料和軸承等零部件（圖2）的3D打印制造，為復雜結構聚合物自潤滑零部件設計與制造提供了材料和技術方案（Tribology International）。

在UV-DIW 3D打印聚酰亞胺研究的基礎上，研究人員實現(xiàn)了具有高儲油空間結構的多孔聚酰亞胺自潤滑材料3D打印制造（圖3），得到了內部孔隙可調節(jié)、機械性能和熱穩(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。相關研究成果發(fā)表在Tribology International和《摩擦學學報》上，并獲2件中國發(fā)明專利授權。

上述研究工作得到國家自然科學基金重點項目、中科院“西部之光”交叉創(chuàng)新團隊項目、甘肅省科技計劃項目和蘭州市城關區(qū)科技計劃項目等的支持。

圖1.光固化3D打印聚酰亞胺微型精密潤滑部件

圖2.PI/PTFE潤滑復合材料摩擦學性能及“按需潤滑”功能型軸承

圖3. 多孔聚酰亞胺含油潤滑性能及含油潤滑器件設計智造