Forscher schlagen den 3D-Druck von Hochleistungselastomeren durch Küpen-Photopolymerisation vor

UV-härtbare Harze auf Acrylatbasis werden derzeit als Rohstoffe verwendet, um die gewünschte Leistung durch Anpassung der Arten und Verhältnisse von Oligomeren und reaktiven Monomeren im Harzsystem zu erzielen. Aufgrund des geringen Grads der radikalischen Polymerisation weisen die durch die Küpenphotopolymerisationstechnologie (VPP) hergestellten Elastomere jedoch eine geringe Festigkeit, schlechte Elastizität und unbefriedigende mechanische Eigenschaften auf.

In einer Studie veröffentlicht in Fortgeschrittene Werkstoffe Die von Prof. Wu Lixin vom Fujian Institute of Research on the Structure of Matter der Chinesischen Akademie der Wissenschaften geleitete Forschungsgruppe schlug den 3D-Druck von Hochleistungselastomeren durch Küpen-Photopolymerisation vor.

Die Forscher analysierten die Struktur-Eigenschafts-Beziehung zwischen Molekulargewicht und mechanischen Eigenschaften und wählten Polytetramethylenetherglykole (PTMGs) mit unterschiedlichen Molekulargewichten (Mn=1000, 2000 bzw. 3000 g mol-1) als Reaktanten für die Reaktion mit Isophorondiisocyanat aus ( IPDI). Die erhaltenen Polyurethan-blockierten Oligomere (PUBs) wiesen hohe Viskositäten auf.

Um den Polymerisationsgrad zu erhöhen, ist die Erhöhung des Oligomeranteils der direkteste und effektivste Weg. Allerdings steigt auch die Viskosität des Harzsystems dramatisch an. Die zuvor entwickelte lineare Scan-basierte Vat-Photopolymerisation (LSVP) kann dieses Problem durch direkten 3D-Druck des hochviskosen Harzes effektiv lösen.

Dank der erweiterten Prozessfenster synthetisierten die Forscher Oligomere mit tert-Butyl-hindered urea Bonds (HUBs), die bei hohen Temperaturen entblockt und bei Raumtemperatur wieder blockiert werden. Während des Druckprozesses wurden die HUBs und die viskosen Oligomere über einen radikalischen Polymerisationsmechanismus vernetzt, um grüne Teile herzustellen.

Mit der breiten Prozessfensterfähigkeit des LSVP-Systems, das den 3D-Druck von hochviskosem Harz ermöglicht, ersetzten die Forscher das herkömmliche Monomer durch ein hochviskoses Oligomer, das mit dem so vorbereiteten PUB vermischt wurde, um das 3D-druckbare UV-härtbare Harz zu erzeugen .

Entsprechende mechanische Tests ergaben, dass PUB2000-HMDA die höchste technische Grenzspannung von 25,9 ± 1,6 MPa sowie die höchste Dehnung von 1605 ± 63 % aufwies. Die Zugzähigkeit, gemessen als Integralfläche unter der Dehnungs-Spannungs-Kurve, betrug 142,3 MJ m-3, was auf eine insgesamt überlegene mechanische Leistung hinweist.

Um die Struktur-Eigenschafts-Beziehung zwischen dem Kettenverlängerer und den mechanischen Eigenschaften weiter zu untersuchen, verwendeten die Forscher außerdem drei verschiedene Arten von Kettenverlängerern, um die entsprechenden mechanischen Eigenschaften zu bewerten. Experimentelle Ergebnisse zeigten, dass die mit HMDA verlängerten Proben unter den drei Kettenverlängerern die höchste Zugfestigkeit und Bruchdehnung aufwiesen.

Diese Studie untersucht systematisch die mechanischen Eigenschaften von hochviskosem, PUB-dominiertem, UV-härtbarem Harz bei thermischer Behandlung.