高流动性、宽烧结窗口（SW）的高分子粉末是激光粉末床熔融（PBF-LB）增材制造技术中急需的关键原料。聚丙烯（PP）是目前使用量最大、最廉价的通用高分子之一，具有较低的密度和加工温度、较好的耐溶剂性及阻水性，在汽车等行业中应用广泛。将廉价的PP树脂转化为具有宽广烧结窗口的球形粉末材料，可通过PBF-LB技术快速成型出与汽车零部件等材质类似的制件，这对于扩大PBF-LB技术在这些领域的应用极具吸引力。与均聚PP相比，共聚PP具有更低的熔点（T_m）、更慢的结晶速率和较低的高结晶度（收缩率），更有利于进行PBF-LB成型。但是，共聚PP的熔融峰通常较低且较宽，而结晶温度通常较高，导致其加工窗口较窄，在打印成型时容易出现粉床结块或制件翘曲等问题，对粉床温度（T_bed）均匀性控制提出了极高要求。

针对共聚PP粉末PBF-LB工艺性不佳的突出问题，学院李光宪/黄亚江教授团队最近提出了一种新颖的“熔融挤出-共混物退火”策略（Additive Manufacturing 2024, 86,104188；CN117362978A）。该策略首先将共聚PP熔融分散在水溶性高分子基体中，然后在接近共聚PP熔点的温度下将共混物退火一定时间，在去除基体后得到了SW显著拓宽的共聚PP球形粉末。热分析、XRD等结果证实，共混物退火给PP粉末带来了两个有利于拓宽SW的效应：第一个是由于晶体完善（片晶等温增厚）而导致的起始熔融温度（T_m-onset）的升高；另一个是由于异相成核物质迁徙出部分熔融的PP颗粒而导致的起始结晶温度（T_c-onset）的下降（类似分级结晶）。其中，第二个效应对SW拓宽的贡献更大。发现过高的退火温度和过长的退火时间会导致不利的粉末尺寸增长，并诱发粉末的降解、削弱SW拓宽效应。相比原始PP树脂，在最佳的退火温度和时间下获得的PP粉末的SW拓宽了24 ºC，达到了30ºC。并且，这种退火导致的SW拓宽效应不受流动改性剂、吸光剂等助剂影响。相比未经历退火PP粉末，利用“共混物退火”处理后的PP粉末烧结打印的制件翘曲量大幅降低了82%，而力学性能几乎不变。该研究提出的新策略为基于通用聚烯烃等结晶性材料制备增材制造领域急需的关键高分子粉末、实现材料的高值化利用提供了新的思路。

图 1 “熔体挤出-共混物退火”策略与常规策略对比。

图 2 共混物退火对PP粉末起始熔融温度（T_m-onset）、起始结晶温度（T_c-onset）和烧结窗口的影响。

图 3 制备的PP粉末、打印制件的外观及翘曲量分析。

图 4 共混物退火策略拓宽PP粉末烧结窗口的可能机理。

相关工作以“Developing polypropylene copolymer powder with a wide sintering window for laser powder bed fusion via extrusion and in-blend annealing”为题，发表在增材制造领域著名期刊《Additive Manufacturing》上。学院硕士研究生王兴为该论文的第一作者（企业导师为湖南华曙高科技股份有限公司文杰斌总工），其他作者包括王政泽、向思颖和彭敏哲同学。该研究工作得到了四川省科技厅重点研发项目（2021YFG0242）的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214860424002343

撰稿：王兴

编辑：杨燕玲

审核：李乙文