Post‐Baking‐Induced Self‐Locking Interpenetrating Networks Strengthen 3D‐Printed Polyimide Architectures With Enhanced Thermal and Mechanical Properties

材料科学 聚酰亚胺 制作 热稳定性 热的 光致聚合物 复合材料 各向异性 聚合 模数 各向同性 甲基丙烯酸酯 立体光刻 3D打印 单体 紫外线 纳米技术 脆性 甲基丙烯酸甲酯 熔丝制造 共价键 聚合物 弹性模量 碳纳米管 纤维素 超分子化学 弯曲模量 杨氏模量 固化(化学)
作者
Jiachen Wan,Zihui Liu,J. Luo,Xiaojie He,Jianan Yuan,Qinghua Lu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (18) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202509734
摘要

Abstract Addressing the inherent challenges of weak interlayer bonding and anisotropic mechanical properties in layer‐by‐layer fabrication processing is pivotal for mitigating the brittleness of 3D‐printed structures and enhancing their heat deflection temperature (HDT). In this study, molecular engineering strategies are employed to design and synthesize novel high‐performance photosensitive polyimide inks, incorporating both methacrylate (photo‐curable) and benzoxazine (thermal cross‐linkable) functional groups. During the 3D printing process, ultraviolet exposure initiates the photopolymerization of methacrylate, forming flexible covalent networks. Subsequent thermal treatment induces the ring‐opening polymerization of benzoxazine, resulting in the formation of a rigid phenolic‐aromatic network that shuttles the 3D architecture. Mechanistic investigations reveal that the development of a dual interpenetrating network comprising both soft and hard phases significantly enhances interlayer bonding and eliminates anisotropy in printed materials. Consequently, the 3D polyimide structures exhibit exceptional thermal stability under load (HDT > 165 °C), superior isotropic mechanical properties (elastic modulus > 1.1 GPa, and elongation at break > 8.5 %), and high dimensional accuracy (shrinkage <1%). This approach establishes a general platform for the rapid fabrication of high‐performance 3D structures with robust interlayer connectivity, offering a promising solution to the limitations of conventional additive manufacturing techniques.
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