"3D打印"高取向液晶高分子

来源：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。利用这项技术，我们可以将打印材料层层堆叠得到蓝图所设计的物品。

3D打印高分子——取向or非取向
随着3D打印的发展，对高分子的3D打印技术也是日渐成熟。目前3D打印的高分子已经能够达到非常精细和复杂的结构，但是其力学性能往往较差。这是因为高分子的取向度很低，甚至没有取向。

通过取向，可以大幅提高高分子在取向方向上的力学性能、光学性能等等。杨氏模量在数值上甚至可以达到四个数量级的差距。

热致性芳香族聚酯液晶（LCP）
热致性芳香族聚酯液晶（LCP）在温度高于材料熔点的条件下可自组装形成高度取向域，这样的特点使得LCP在3D打印的过程——熔融、挤出过程中更容易取向，从而打印出了高取向度的高性能液晶高分子。

"壳式"结构
在打印的过程中，由于靠近表面的LCP散热较快，LCP的取向得以固定。但靠近核心的区域仍然有较高的温度，解取向作用仍然很强烈，LCP只有部分取向。这使得打印出来的纤维类似于一种“壳式”结构。在这种结构中不同取向程度使得它们在不同的方向上呈现出不同的力学性能，当较为脆弱的壳断裂时，其核心仍能保持完好维持一定的力学性能。

喷嘴参数对纤维力学性能的影响
【1】喷嘴直径（dN）
喷嘴直径增加，纤维的力学性能有所下降，这是由于中心高温区占比较大，导致取向度最高的壳层的占比下降，使得总体平均取向度下降。

【2】厚度（h）
厚度越厚，纤维的力学性能也有所下降，也是由于壳层的占比下降导致总体平均取向度下降。


【3】喷嘴温度（TN）
温度越高，纤维的力学性能也有所下降，温度高使得中心的解取向作用较为强烈，导致总体平均取向度的降低。

结语
在3D打印过程中，热致液晶高分子所表现出的高取向性以及所形成的独特核壳结构。使得生产的纤维具有优异力学性能。比目前普遍常用的3D打印的高分子力学性能高出几个数量级。为未来航天、生物医用等领域制备轻质高强度材料带来了无限的可能。

参考文献：
【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)