结晶性PCCD-PTHF嵌段共聚物的分子结构与相行为研究及其在激光烧结3D打印中的应用

本研究针对激光烧结用高性能聚合物材料的结构-性能关系问题，通过多尺度表征技术（DSC/SAXS/WAXS/AFM）揭示了PCCD-PTHF嵌段共聚物的分级结晶机制，提出新型SAXS数据分析方法，首次推导出PCCD完全结晶的转变焓方程，为开发新型增材制造材料提供理论支撑。

　　

在聚合物增材制造技术快速发展的背景下，选择性激光烧结(SLS)作为主流3D打印技术面临关键材料瓶颈——现有聚合物粉末难以兼顾加工性能与机械特性。由Eastman Chemical Company开发的Amphora SP1621商用粉末以其独特的热塑性弹性体(TPE)性能引起关注，但其核心组分PCCD-PTHF嵌段共聚物的微观结构-性能关系尚不明确。比利时研究团队通过多学科交叉研究，首次系统解析了该材料的结晶动力学与形态演化规律。

研究采用核磁共振(NMR)与凝胶渗透色谱(GPC)确定分子参数，结合快速扫描芯片量热法验证PCCD与PTHF链段的熔融相容性。通过同步辐射X射线衍射与显微技术的联用，发现材料以10 K/min冷却时形成球晶结构：PCCD初生结晶产生球晶内非晶区，次生结晶则形成随机取向的半晶堆叠。创新性提出SAXS定量分析方法，使结晶度数据与WAXS、DSC结果相吻合。晶体学分析显示PCCD链段垂直于片晶表面排列，晶体密度达1.40 g/cm³
。

分子结构表征
通过¹
H NMR证实合成采用二甲酯路线，GPC测得分子量分布指数D达5.95。模拟计算显示PCCD嵌段长度决定片晶厚度，与SAXS观测的层状周期高度一致。

结晶行为分析
DSC揭示双熔融峰现象：低温峰对应次生结晶的薄片晶，高温峰来自初生厚片晶。原位WAXS证实熔融过程中c轴晶格参数异常膨胀，反映晶体缺陷的消除。

形态演化机制
AFM显示球晶内部存在50-100 nm的PCCD富集区。新型SAXS分峰算法量化三类堆叠结构比例，其中倾斜堆叠占比达35%，解释机械性能各向异性。

该研究不仅建立PCCD完全结晶焓的理论模型（Δh_c
⁰
=210 J/g），更开发出适用于复杂聚合物体系的多尺度表征方案。成果为设计新一代SLS材料提供关键指导：通过调控PCCD/PTHF比例可精确控制结晶度（25-40%范围），而片晶取向规律为优化打印件力学性能指明方向。论文发表于《Polymer》彰显其在工程塑料领域的突破性价值，Eastman公司已基于该研究开发出改进型烧结粉末。