＂3D打印＂高取向液晶高分子
時間：2019-06-04 14:58 來源：南極熊 作者：中國3D打印網 閱讀：次
“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，我們可以將打印材料層層堆疊得到藍圖所設計的物品。
3D打印高分子——取向or非取向
隨著3D打印的發展，對高分子的3D打印技術也是日漸成熟。目前3D打印的高分子已經能夠達到非常精細和復雜的結構，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。楊氏模量在數值上甚至可以達到四個數量級的差距。
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"結構
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”結構。在這種結構中不同取向程度使得它們在不同的方向上呈現出不同的力學性能，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。
結語
在3D打印過程中，熱致液晶高分子所表現出的高取向性以及所形成的獨特核殼結構。使得生產的纖維具有優異力學性能。比目前普遍常用的3D打印的高分子力學性能高出幾個數量級。為未來航天、生物醫用等領域制備輕質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)
隨著3D打印的發展，對高分子的3D打印技術也是日漸成熟。目前3D打印的高分子已經能夠達到非常精細和復雜的結構，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。楊氏模量在數值上甚至可以達到四個數量級的差距。
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。
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”結構。在這種結構中不同取向程度使得它們在不同的方向上呈現出不同的力學性能，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。
【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。
在3D打印過程中，熱致液晶高分子所表現出的高取向性以及所形成的獨特核殼結構。使得生產的纖維具有優異力學性能。比目前普遍常用的3D打印的高分子力學性能高出幾個數量級。為未來航天、生物醫用等領域制備輕質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)
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