高分子粉末床激光熔融（PBF-LB/P）是一种无需支撑即可高质量成型复杂形状制品的先进技术，是工业4.0中的核心智造技术之一。遗憾的是，在PBF-LB/P技术诞生30多年之后，该领域所需的高分子粉末关键原料仍然存在品种单一（95%以上由PA12、PA11及其复合材料构成）、价格昂贵等突出问题，极大地限制了其发展应用。因此，研发PBF-LB/P加工技术所需的低成本、高性能新型高分子粉末材料迫在眉睫。
PA1012是一种我国可自主生产的半生物来源的长碳链聚酰胺，其力学性能可与PA12和PA11相媲美。然而，将PA1012用于PBF-LB/P技术主要面临加工窗口窄（对设备控温要求较高）、成型温度高（导致后缩聚老化严重）等关键挑战。受聚酰胺纺丝工艺启发，银河娱乐澳门娱乐网站李光宪教授/黄亚江教授团队创新性地利用金属离子-高分子络合相互作用优化了自研PA1012粉末的加工行为和烧结制件的机械性能。研究发现，廉价的金属卤化物（CaCl2）显著改善了PA1012粉末的表面形貌和粉体流变行为、延缓/抑制了熔体结晶、大幅拓宽了粉末的烧结成型窗口。对PA1012粉末用3wt%的CaCl2改性后，烧结制件成型精度得到明显改善，拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率分别提高了51%、67%和43%，达到甚至超过了商品PA12和PA11粉末烧结制品的力学性能水平。同时，改性PA1012粉末在加工中的后缩聚老化反应得到了明显抑制，复用率得到改善。该研究从多价金属离子“交联点”破坏分子间氢键、限制高分子链运动性等微观角度，首次阐明了金属离子-高分子络合作用在优化粉末的成型性能和烧结制件的结构-性能关系中的巨大潜力，为拓宽PBF-LB/P加工技术的材料来源提供了新的思路。
图 1 . 络合改性对PA1012粉末结晶行为的影响
图 2 . 络合改性抑制PA1012粉末后缩聚老化的分子机理
图 3 . 络合改性和解络合处理对PA1012烧结制件力学性能的影响及其与PA12、PA11制件性能的对比
图 4 . 基于络合改性PA1012粉末烧结制备的复杂结构制件
相关工作以“Optimization of polyamide 1012 powder for laser powder bed fusion via complexation with metal ions”为题，发表在增材制造领域著名期刊《Additive Manufacturing》上。银河娱乐澳门娱乐网站博士研究生魏杨和罗奕为论文的共同第一作者，其他作者包括王政泽和彭敏哲同学。该研究工作得到了四川省科技厅重点研发项目（2021YFG0242）的资助。
近年来，研究团队瞄准高分子粉末床熔融加工技术领域的关键需求，结合团队在多组分高分子形态控制、老化降解稳定性等领域开展的长期基础研究，相继突破了聚酰胺球形粉末的溶液法制备、聚烯烃球形粉末的熔体法制备、工程塑料粉末球形化等高分子球形粉末规模化制备的关键技术（Powder Technol., 2023, 415, 118189；Powder Technol., 2023, 426, 118605；中国发明专利2023109461642、2023111467736、202311371441.8），具有良好的应用前景。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860423005304
撰稿：魏杨
编辑：杨燕玲
审核：刘向阳
