"3D打印"高取向液晶高分子

來源：高分子材料成型原理
“3D打印”如此前沿的科技相信大家一定不陌生吧。利用這項技術(shù),，我們可以將打印材料層層堆疊得到藍圖所設(shè)計的物品。

3D打印高分子——取向or非取向
隨著3D打印的發(fā)展,，對高分子的3D打印技術(shù)也是日漸成熟,。目前3D打印的高分子已經(jīng)能夠達到非常精細和復雜的結(jié)構(gòu)，但是其力學性能往往較差,。這是因為高分子的取向度很低,，甚至沒有取向。

通過取向,，可以大幅提高高分子在取向方向上的力學性能,、光學性能等等。楊氏模量在數(shù)值上甚至可以達到四個數(shù)量級的差距,。

熱致性芳香族聚酯液晶（LCP）
熱致性芳香族聚酯液晶（LCP）在溫度高于材料熔點的條件下可自組裝形成高度取向域,，這樣的特點使得LCP在3D打印的過程——熔融、擠出過程中更容易取向,，從而打印出了高取向度的高性能液晶高分子,。

"殼式"結(jié)構(gòu)
在打印的過程中，由于靠近表面的LCP散熱較快,，LCP的取向得以固定,。但靠近核心的區(qū)域仍然有較高的溫度，解取向作用仍然很強烈,，LCP只有部分取向,。這使得打印出來的纖維類似于一種“殼式”結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中不同取向程度使得它們在不同的方向上呈現(xiàn)出不同的力學性能,，當較為脆弱的殼斷裂時,，其核心仍能保持完好維持一定的力學性能。

噴嘴參數(shù)對纖維力學性能的影響
【1】噴嘴直徑（dN）
噴嘴直徑增加,，纖維的力學性能有所下降,，這是由于中心高溫區(qū)占比較大，導致取向度最高的殼層的占比下降,，使得總體平均取向度下降,。

【2】厚度（h）
厚度越厚，纖維的力學性能也有所下降,，也是由于殼層的占比下降導致總體平均取向度下降,。


【3】噴嘴溫度（TN）
溫度越高，纖維的力學性能也有所下降,，溫度高使得中心的解取向作用較為強烈,，導致總體平均取向度的降低,。

結(jié)語
在3D打印過程中，熱致液晶高分子所表現(xiàn)出的高取向性以及所形成的獨特核殼結(jié)構(gòu),。使得生產(chǎn)的纖維具有優(yōu)異力學性能,。比目前普遍常用的3D打印的高分子力學性能高出幾個數(shù)量級。為未來航天,、生物醫(yī)用等領(lǐng)域制備輕質(zhì)高強度材料帶來了無限的可能,。

參考文獻：
【1】Three-dimensional printing of hierarchical liquid-crystal-polymer structures.  Silvan Gantenbein, Kunal Masania, Wilhelm Woigk, Jens P. W. Sesseg, Theo A. Tervoort & AndréR.Studart
Nature volume 561, pages226–230 (2018)