超声微注塑成型制备非晶态聚酰亚胺的力学性能研究及其断裂行为统计分析

本文首次采用超声微注塑成型（UMIM）技术加工非晶态聚酰亚胺（PI），通过超声能量实现280-330°C的熔体温度（远超其玻璃化转变温度Tg～218°C），成功制备厚度仅0.25 mm的完整制品。研究发现UMIM样品力学性能离散性显著，归因于加工缺陷主导的混合断裂模式（脆性/韧性），并通过三参数威布尔分布（Weibull distribution）验证其断裂统计规律，为高性能PI的微加工提供新策略。

　　

Highlight

材料与样品制备

一种热塑性聚酰亚胺（TPI）由长春应用化学研究所邱雪鹏教授课题组提供，其合成旨在对标非晶态聚酰亚胺代表产品Ultem 1000。如图2所示，差示扫描量热法（DSC）加热曲线显示其玻璃化转变温度（T_g）约为218°C。

广角X射线衍射分析

UMIM样品的织构结构通过WAXD分析显示（图6），所有样品均呈现非晶态。WAXD图谱沿方位角的强度分布均匀，表明样品无显著分子取向偏好。为量化分子取向，提取0°–180°范围内的方位角强度分布曲线进一步验证。

结论

采用新型超声微注塑成型技术成功制备非晶态聚酰亚胺树脂。超声能量使树脂快速升温至280–330°C（远超T_g～218°C），为薄壁注塑提供充足流动性。UMIM与传统注塑（CIM）样品均无明显分子取向，且注塑速度对其影响微小。

力学性能表征表明，UMIM样品断裂行为受加工缺陷强度分布主导：较低熔体温度导致材料不均形成强缺陷（引发脆性断裂），过高温度则引发降解；适度高温促进完全熔融，形成弱缺陷（倾向韧性断裂）。断裂韧性和断裂伸长率通过威布尔分布函数分析，三参数模型完美拟合混合断裂模式数据。

作者贡献声明

石友功：实验操作，数据整理；廖涛：论文撰写/修订，方法论与概念设计；门永锋：课题指导，资源与资金支持。

利益冲突声明

作者声明无已知可能影响本研究的财务或个人利益冲突。

致谢

本研究受国家重点研发计划（2022YFB3707304）和国家自然科学基金（52103047）资助，感谢韩丹女士在样品制备与测试中的协助，并鸣谢戴学敏教授提供的材料与CIM样品。