聚氨酯彈性體因優異的彈性、強度和韌性以及良好的生物相容性和血液相容性，被廣泛用于機械、醫療等領域，但其復雜結構件成形制造仍存在巨大挑戰。

 

中國科學院蘭州化學物理研究所王曉龍研究員團隊開發出光固化3D打印的聚氨酯彈性體，通過引入具有強氫鍵作用脲基基團，實現了其優異性能與復雜結構成形能力的統一，為復雜結構柔彈性功能件的高效制造提供了材料技術基礎。

 

01

雙交聯策略打印成形

 

光固化3D打印精度高、成形速度快，但光引發快速凝膠化導致的交聯網絡形成不充分與材料的高性能化存在固有矛盾。

 

科研人員提出一種多重氫鍵誘導的雙交聯策略，以實現光固化3D打印高性能聚氨酯，即設計制備含脲基的光敏預聚物，在快速光固化形成共價交聯網絡的基礎上，通過多重氫鍵形成的交聯網絡的協同作用，克服機械性能和可加工性之間的矛盾，實現高性能聚氨酯彈性體的高精度成形。

 

 

▲多重氫鍵誘導雙交聯策略實現高精度光固化3D打印高性能聚氨酯

 

02

向日葵啟發雙梯度結構

 

聚氨酯彈性體因其獨特的微相分離結構在減震降噪方面表現良好，輔以多孔結構化設計可實現更優異的阻尼性。研究團隊受向日葵髓雙梯度結構啟發，采用高精度光固化3D打印聚氨酯，構筑了具有孔徑和壁厚雙變量的仿生雙梯度多孔聚氨酯泡沫。

 

具有雙梯度結構的多孔聚氨酯泡沫表現出選擇性的抗屈曲性、各向異性的機械性能和耗散行為。該聚氨酯泡沫還具有高強度、能量吸收和抗撕裂性等特性，在阻尼緩沖減振和消音降噪等領域具有應用前景。

 

 

▲仿向日葵髓雙梯度聚氨酯泡沫實現強阻尼減振

 

03

兼容性助力新方案

 

研究團隊利用光固化3D打印聚氨酯彈性體開發出的具有優異承載能力和機械穩定的聚氨酯支架。

 

與金屬支架相比，聚氨酯支架表現出更好的生物兼容性，在體內長期使用時可有效降低免疫排斥和炎癥反應，為臨床中血管內支架的構建，提供了一種理想選擇，也開辟了快速制備復雜柔性結構醫療器械的新方法。相關成果發表于國際學術期刊《材料視野》和《化學工程雜志》。

 

上述成果豐富了光固化3D打印高性能聚氨酯彈性體材料的種類，拓展了其在復雜結構柔性功能結構器件定制化制造方面的應用探索，為生物醫療、柔性電子、摩擦密封等領域復雜結構柔彈性功能構件提供了高效解決方案和材料技術基礎。

 

來源：中國科學院蘭州化學物理研究所