高分子粉末床激光熔融（PBF-LB/P）是一种无需支撑即可高质量成型复杂形状制品的先进技术，是工业4.0中的核心智造技术之一。遗憾的是，在PBF-LB/P技术诞生30多年之后，该领域所需的高分子粉末关键原料仍然存在品种单一（95%以上由PA12、PA11及其复合材料构成）、价格昂贵等突出问题，极大地限制了其发展应用。因此，研发PBF-LB/P加工技术所需的低成本、高性能新型高分子粉末材料迫在眉睫。
PA1012是一种我国可自主生产的半生物来源的长碳链聚酰胺，其力学性能可与PA12和PA11相媲美。然而，将PA1012用于PBF-LB/P技术主要面临加工窗口窄（对设备控温要求较高）、成型温度高（导致后缩聚老化严重）等关键挑战。受聚酰胺纺丝工艺启发，我院李光宪教授/黄亚江教授团队创新性地利用金属离子-高分子络合相互作用优化了自研PA1012粉末的加工行为和烧结制件的机械性能。研究发现，廉价的金属卤化物（CaCl2）显著改善了PA1012粉末的表面形貌和粉体流变行为、延缓/抑制了熔体结晶、大幅拓宽了粉末的烧结成型窗口。对PA1012粉末用3wt%的CaCl2改性后，烧结制件成型精度得到明显改善，拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率分别提高了51%、67%和43%，达到甚至超过了商品PA12和PA11粉末烧结制品的力学性能水平。同时，改性PA1012粉末在加工中的后缩聚老化反应得到了明显抑制，复用率得到改善。该研究从多价金属离子“交联点”破坏分子间氢键、限制高分子链运动性等微观角度，首次阐明了金属离子-高分子络合作用在优化粉末的成型性能和烧结制件的结构-性能关系中的巨大潜力，为拓宽PBF-LB/P加工技术的材料来源提供了新的思路。
图 1 . 络合改性对PA1012粉末结晶行为的影响
图 2 . 络合改性抑制PA1012粉末后缩聚老化的分子机理
图 3 . 络合改性和解络合处理对PA1012烧结制件力学性能的影响及其与PA12、PA11制件性能的对比
图 4 . 基于络合改性PA1012粉末烧结制备的复杂结构制件
相关工作以“Optimization of polyamide 1012 powder for laser powder bed fusion via complexation with metal ions”为题，发表在增材制造领域著名期刊《Additive Manufacturing》上。我院博士研究生魏杨和罗奕为论文的共同第一作者，其他作者包括王政泽和彭敏哲同学。该研究工作得到了四川省科技厅重点研发项目（2021YFG0242）的资助。
近年来，研究团队瞄准高分子粉末床熔融加工技术领域的关键需求，结合团队在多组分高分子形态控制、老化降解稳定性等领域开展的长期基础研究，相继突破了聚酰胺球形粉末的溶液法制备、聚烯烃球形粉末的熔体法制备、工程塑料粉末球形化等高分子球形粉末规模化制备的关键技术（Powder Technol., 2023, 415, 118189；Powder Technol., 2023, 426, 118605；中国发明专利2023109461642、2023111467736、202311371441.8），具有良好的应用前景。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860423005304
撰稿：魏杨
编辑：杨燕玲
审核：刘向阳
