光固化3D打印教学实验设计与研究

光固化3D打印技术作为目前较为成熟的一类增材制造技术，在打印成型过程中包括三维建模、光敏树脂制备、打印参数调控、后处理等步骤，内容涉及机械、光学、高分子化学、软件工程学等相关知识。为提升本科生的实验兴趣和实验技能，进一步培养其科研和创新意识，我们面向本科生设计了基于光固化3D打印技术的创新实验。实验采用基于光引发自由基聚合的数字光处理(DLP)3D打印技术，通过对打印过程全流程的参与实践，达到让学生了解3D打印的原理、打印材料的合成和打印技术的过程等相关知识，从而达到可以自主操作完成光固化3D打印的实验教学目的。最后，通过对实验结果的分析，进一步培养学生分析问题和解决问题的能力。     

光固化3D打印技术及光敏树脂的开发与应用

光固化3D打印技术因速度快、精度高、环境友好等优势,已成为一类广泛应用的快速成型工艺.光敏树脂作为光固化3D打印的主体材料,对器件的性能与应用有着决定性影响.本文先介绍了几种已普及和新开发的光固化3D打印成型原理;并对光敏树脂的组成、分子结构和器件性能间的构-效关系进行了分析;进而对光固化3D打印及树脂的应用进行分类介...     

3D打印用光敏树脂的高性能化及功能化研究进展

3D打印,又称增材制造,是一项新兴的智能制造技术。光固化3D打印技术是增材制造的主要方向之一,具有成型精度高、打印速度快及工艺成熟等优点。处在高速发展之中的光固化3D打印技术对光敏树脂提出了越来越高的要求,3D打印用光敏树脂的高性能及功能化研究受到极大关注。本文综述了高性能光敏树脂的最新研究进展,重点讨论了其用于构筑复杂结构导电导热聚合物、形状记忆聚合物、特殊浸润性聚合物、生物医用聚合物及凝胶材料的设计思路及相应构件所展示的优异功能性,同时对光敏树脂基3D打印材料的发展趋势及应用前景进行了分析和展望。     

水性丙烯酸酯聚氨酯涂料的研究

合成了含羟基的丙烯酸酯树脂,并与甲苯二异氰酸酯反应制备预聚体Ⅰ,Ⅰ与扩链剂二羟甲基丙酸反应得到含羧基的预聚体Ⅱ,最后用1,4-丁二醇交联,制得水性丙烯酸酯聚氨酯涂料,讨论了合成过程中影响乳液稳定性和涂膜性能的因素。测试结果表明：涂膜的强度、光泽、硬度等性能均优于传统的同类树脂。     

DLP型3D打印用巯烯光敏树脂的制备与性能研究

基于DLP(Digital light processing)的3D打印技术因具有成型速度快、分辨率高、可打印复杂形状等优点而备受关注,开发可用于DLP型3D打印且性能优异的光敏树脂已成为研究热点。巯烯光聚合遵循自由基逐步聚合机理,相对于传统的丙烯酸酯链式聚合,巯烯聚合反应速度快、聚合网络均一、固化收缩率低。本文制备了一系列可用于DLP型3D打印的巯烯光敏树脂,探究了巯基单体含量对光敏树脂光聚合动力学、热机械性能、拉伸性能、固化收缩率和打印精度的影响。结果表明,巯基单体的加入会显著提高体系双键转化率,增加聚合网络均一性和断裂伸长率,降低固化收缩率。     

3D打印光敏树脂的研究进展

以光敏树脂为原料的立体快速成形3D打印技术,具有成本低、精度高、成型快等优点,在各个领域得到广泛的应用。但是,与之相适应的光敏树脂价格较高,并被国外的一些大公司所垄断,而国内相关研发起步较晚,能够生产和研发性能优良的3D打印光敏树脂的企业较少。简要阐述了3D打印光敏树脂的成形方式、固化原理和组成,重点讨论了配方设计的基本方法和评价指标,并对该领域进行了展望。     

苯乙炔封端的BTDA系列酰亚胺预聚体的研究

合成了具有苯侧基的二胺单体1,4-双(4'-氨基苯氧基)-2-(苯基)苯(p-TPEQ), 并与3,3',4,4'-苯酮四羧酸二酐(BTDA)进行缩聚反应, 分别以4-苯乙炔苯酐(PEPA)和4-苯乙炔-1,8-萘二甲酸酐(PENA)作为封端剂, 合成了两个系列的苯乙炔封端的酰亚胺预聚体. DSC测试结果表明, 此类预聚体具有比PETI-5更宽的加工窗口; 利用所合成的预聚体制成了具有较高热分解温度热固性交联PI薄膜. 结果表明, PI预聚体加工性能良好, 其交联后具有优异的力学和热学性能; 同时PEPA封端的预聚体树脂具有比PENA封端的树脂更为优异的综合性能.     

聚合物前驱体3D打印制备高性能陶瓷

3D打印制备陶瓷可以实现结构-材料设计一体化,为复杂形状陶瓷材料快速成型提供了新途径。但是传统的3D打印制备陶瓷是以陶瓷粉末或陶瓷颗粒为打印材料,存在陶瓷构件尺寸精度差、表面光洁度低和力学性能不佳等问题。近年来,以聚合物前驱体为打印材料,通过3D打印成型、高温裂解等工艺制备高性能陶瓷技术的出现为改善这些不足提供了新方法,成为3D打印陶瓷领域的研究热点。本文概述了聚合物前驱体3D打印制备高性能陶瓷的研究进展,重点阐述了本体聚合物前驱体、聚合物前驱体/光敏化合物、聚合物前驱体/巯基化合物、光敏基团改性聚合物前驱体、增强体/聚合物前驱体五种典型材料体系的研究现状,并对其今后的发展方向进行了展望。     

基于D-A反应的光固化自修复聚氨酯涂料及其性能研究

以对苯基亚甲基双马来酰亚胺(BMI)和糠醇(FA)为反应单体,通过Diels-Alder反应制备得到带羟基的改性DA单体,再以不同分子量的聚碳酸酯二元醇(PCDL)、异佛尔酮异氰酸酯(IPDI)、改性DA单体为反应单体,得到聚氨酯预聚物,然后与甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)反应得到光固化自修复聚氨酯。利用傅立叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1 HNMR)等表征了树脂的结构,同时考察了树脂的光固化性能。再以聚氨酯树脂为基体树脂,通过配方设计制备了光固化自修复凃料。通过超景深显微镜和热重分析仪(TGA)对涂料的基本性能、自修复性能、热性能进行了测试,结果表明:随着PCDL分子量的增加,涂层的硬度有所下降,而DA单体的引入赋予涂层自修复性能的同时可以提高涂料的硬度。     

新型乙炔封端聚酰亚胺的制备及性能

用双酚A型二醚二酐(BPADA)和3-乙炔基苯胺(m-APA)进行缩聚反应合成了乙炔基封端的聚酰亚胺预聚体, 并对预聚体的熔体黏度、稳定性和热性能等进行研究. 结果表明, 此类预聚体具有较宽的加工窗口和较低的加工温度, 适合模压成型工艺制备树脂基复合材料. 预聚体经250 ℃固化后显示了优异的热性能, 动态力学分析显示其玻璃化转变温度为363 ℃, 在氮气和空气气氛下5%热失重温度分别为490和492 ℃.     

含硅丙烯酸酯化合物光固化性能的研究

本文主要研究含硅丙烯酸酯预聚物ANS的感光性能及光敏剂种类、活性稀释剂丙烯酸 β 羟乙酯 (HEA)用量、预聚体ANS本身结构对ANS感光体系感光性能的影响.发现ANS具有很高光敏性,其紫外响应峰在 334mm处.安息香双甲醚 (651)作为ANS的光引发剂,引发效果最好.活性稀释剂HEA可以降低体系的粘度,提高光固化膜透光率,调解光固化物的性能.预聚体结构不同,其感光性能有着很大差别.     

迭代Suzuki偶联反应合成全氟环丁基芳基醚齐聚物的研究

对迭代Suzuki偶联反应合成全氟环丁基芳基醚齐聚物的方法进行了研究, 并合成了全氟环丁基芳基醚齐聚物. 首先从对溴苯酚出发, 合成了含有一个全氟环丁基芳基醚结构单元的中间体3. 芳基硼酸与中间体3进行Suzuki偶联反应, 得到了含有一个全氟环丁基芳基醚结构单元的硼酸. 重复与中间体3进行Suzuki偶联反应, 从而合成了全氟环丁基芳基醚二聚体和三聚体. 最后通过热环化二聚反应合成了全氟环丁基芳基醚三聚体、五聚体和七聚体.     

光固化3D打印及其在齿科行业中的应用

光固化3D打印是最早出现的3D打印技术,经过30多年的发展,先后发展出液态树脂固化或光固化（stereolithography,SLA）、数字光处理（digital light processing,DLP）、液晶显示（liquid crystal display,LCD）、连续无分层液体界面提取技术（layerless continuous liquid interface production,CLIP）、双光子3D打印（two-photon polymerization,TPP）、全息3D打印技术等多种打印技术。光固化3D打印技术具有精度高、成型速度快等特点,因此在许多领域都有良好的应用,且前景广阔。在众多领域中,齿科领域个性化特征明显,对打印材料精度要求高,是目前光固化3D打印最有应用潜力和高附加值的领域。本文综述了光固化3D打印技术的种类、原理和技术的优缺点,并简述了光固化3D打印在齿科领域的应用。     

可循环回收利用的本征导热聚六氢三嗪树脂研究

采用多聚甲醛(PFA)和含有芳香酰胺特殊结构的4,4'-二氨基苯酰替苯胺(DABA)为原料,通过利用分子链间氢键强相互作用向树脂固化网络中引入局域微观有序结构增大声子传播自由程,合成一种新型本征导热聚六氢三嗪热固性树脂(DABA-PHT).通过对树脂预聚过程和机理、固化工艺、导热性能、降解性能及循环回收利用性能的研究表明:水能够作为催化剂有效加速预聚反应、大幅缩短预聚时间,且酰胺N-H键未参与交联反应;DABA-PHT树脂易于合成和加工,且具有良好的力学、耐热、降解和循环回收利用性能,热导率达到0.38 W·m~(-1)·K~(-1),接近普通环氧树脂的2倍,有望用来制备可循环回收利用的高热导率热固性树脂基复合材料.     

WPU预聚体中羧基含量及其位置对树脂的粒径及其耐水性之影响的研究

本文先将马来酸酐与多元醇作用，然后再与其它单体反应，合成了含有羧基的聚氨酯预聚体，并用丁酮稀释后，在普通搅拌条件下使预聚体分散于三乙醇胺的水溶液中，合成出以水为分散介质的聚氨酯分散体系（WPU）。并通过改变羧基在预聚体中的含量和位置，发现随着羧基含量的增加，WPU的粒径减小，而耐水性下降。同时发现，在一定的羧基含量下，同侧羧基相比，端羧基更有利于预聚体的乳化，制得的WPU不仅颗粒较小，而且树脂耐水性明显优于侧基羧预聚体制备的WPU，从而提出羧基的运动自由度是影响羧基乳化活性和树脂耐水性的重要因素。     

蓖麻油基巯烯基紫外光固化胶粘剂的研制与性能研究

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、蓖麻油(CO)、丙烯酸羟丙酯(HPA)为原料,采用熔融缩聚法合成出端丙烯酸酯基预聚体;同时以CO和3-巯基丙酸(3-MPA)为原料采用酯化反应合成出端巯基光引发单体。将端不饱和双键聚氨酯丙烯酸酯预聚体与所制备巯基丙酸酯按一定比例复合,加入光引发剂,在紫外光照射下,预聚体中双键与光引发单体中巯基发生巯基-烯点击反应,制得聚氨酯丙烯酸酯固化膜。采用核磁共振氢谱(1 HNMR)、红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)和光量热系统(Photo-DSC)等手段对合成预聚体、巯基丙酸酯及固化膜结构和性能进行了分析表征。结果表明:在紫外光辐照下,预聚体中不饱和双键与巯基化合物中巯基间发生了自由基加成反应,固化时间在60s以内,且所制备UV固化膜具有良好的机械性能和热稳定性。     

耐高温交联侧基苯乙炔封端酰亚胺预聚体

合成了含有苯乙炔基的二胺单体 3,5-二氨基-4'-苯乙炔苯甲酮(DPEB), 并与3,3',4,4'-联苯四酸二酐(s-BPDA)和1,4-双(4'-氨基苯氧基)-2-(苯基)苯(p-TPEQ)进行了缩聚反应, 以4-苯乙炔苯酐作为封端剂, 合成了交联侧基苯乙炔封端酰亚胺预聚体(n=4). DSC测试结果表明, 引入交联侧基后预聚体依然保持着较宽的加工窗口. 利用所合成的预聚体在370℃热压1 h制备了热固性薄膜. DMA测试结果表明, 引入交联侧基的预聚体树脂具有更高的玻璃化转变温度, 并且其储存模量在玻璃化转变后有很好的保持.     

光固化3D打印聚酰亚胺研究进展

近年来,光固化3D打印技术因高精度、定制化、整体免装配以及快速制造等成形优点,用于解决聚酰亚胺(polyimide, PI)的微型精密、异形复杂及其功能结构一体化制造技术难题,受到了研究者的广泛研究和关注。基于光固化3D打印成形原理与PI的物理化学特性,发展了一系列光固化3D打印PI材料及其成形技术。本文归纳总结了光固化3D打印PI材料设计制备准则,重点介绍了立体光刻技术(SLA)、数字光处理技术(DLP)和紫外辅助直书写技术(UV-DIW)等光固化3D打印PI研究进展,最后通过光固化3D打印PI的应用和产业化现状提出研究发展对策。     

高分子负载钯催化剂对丙烯酸甲酯加氢反应的研究

制备了商品化的强碱阴离子交换树脂D296,D261,弱碱阴离子交换树脂D370,螯合树脂D401,强酸阳离子交换树脂D61,D72,D001-CC,干氢催化树脂及交联聚丙烯腈,聚N-乙烯基吡咯烷酮负载钯催化剂,考察了它们对丙烯酸甲酯加氢反应的催化性能。实验结果表明,它们都能以较高的催化活性将丙烯酸甲酯完全转化为丙酸甲酯,是制备高纯丙酸甲酯的优良催化剂。     

主链含有机硅结构单元的光敏聚酰亚胺的研究

提出了一类主链上含有机硅结构单元的光敏聚酰亚胺（ＰＳＰＩ）。其合成过程是首先制备聚酰胺酸预聚体，接着在二环己基碳二酰亚胺存在下，使之转变为聚硅氧酰亚胺，然后引入光敏基团。通过ＩＲ、ＤＳＣ、元素分析、ＵＶ、介电分析方法对聚酰亚胺的结构、感光特性、热性能、电性能、粘附性、吸湿性能等进行了表征。对结构与性能之间的关系进行了初步探讨。