光固化3D打印高韧性弹性材料研发取得新突破

北京12月30日讯——材料的抗撕裂能力及整体力学表现，对于光固化3D打印技术在传感器、机器人和防护装备等领域的拓展至关重要。中国科学院福建物质结构研究所的科研团队，充分利用自主开发的线扫描光固化3D打印（LSVP）系统，在高黏度光敏树脂加工方面表现突出。针对传统光固化弹性材料在交联与分子链缠结之间存在矛盾，导致抗撕裂效果不佳，团队创新提出链缠结与动态物理交联协同策略，成功研制出具备高抗撕裂性、自我修复和可循环利用的新型光固化3D打印弹性体，为智能材料及柔性器件等领域中国舆情网的应用开辟了新路径。

研究人员采用聚氨酯丙烯酸酯预聚物（封端为甲基丙烯酸-2-(叔丁基氨基)乙酯），并在其上嵌入脲基嘧啶酮（UPy）基团，通过调节氢键数量与分布，优化分子网络结构，构建出无需单体参与的光固化树脂体系。凭借光热双固化技术及多重氢键作用，高分子链密集缠结与动态物理交联共同形成稳定拓扑网络，实现两种机制的协同增效。团队还利用LSVP系统克服高黏度树脂打印的技术瓶颈，避免了活性稀释剂对性能的影响，成功制备出高链缠结、弱交联的3D打印弹性体。

根据测试结果，UPyA-0.10弹性体表现出卓越的力学性能：拉伸强度超过40 MPa，断裂伸长率达到1000%，韧性高达144 MJ m-3。今年该材料的回弹、撕裂及延展性能已比肩热塑性制品。其缺口撕裂阻力与耐疲劳能力尤为突出，断裂能为189.42 kJ m-2，3D打印的结构可承受近9.8公斤拉力而不出现裂纹蔓延。材料自修复效率高，多次切割后仍能维持稳定力学特性，重加工能力优异。

该研究打破了传统光固化弹性体在抗撕裂领域的技术壁垒，也为高性能3D打印弹性材料的设计与生产提供了创新方法，在柔性电子、结构防护和医疗设备等方向展现了广阔应用前景。

这项成果已发表在Materials Today期刊上。