一种高导热尼龙复合材料的制备方法及应用

专利类型 发明公开 法律事件 公开; 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202411859671.3 申请日 2024-12-17
公开(公告)号 CN119331413A 公开(公告)日 2025-01-21
申请人 西华大学; 申请人类型 学校
发明人 尹彦霁; 王文燕; 韩锐; 第一发明人 尹彦霁
权利人 西华大学 权利人类型 学校
当前权利人 西华大学 当前权利人类型 学校
省份 当前专利权人所在省份:四川省 城市 当前专利权人所在城市:四川省成都市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:四川省成都市金牛区土桥金周路999号 邮编 当前专利权人邮编:610039
主IPC国际分类 C08L77/02 所有IPC国际分类 C08L77/02C08L101/06C08K7/06C09K5/14B33Y10/00B33Y70/10
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 成都创新引擎知识产权代理有限公司 专利代理人 廖大应;
摘要 本 发明 涉及导热材料技术领域,尤其涉及一种高导热尼龙 复合材料 的制备方法及应用,包括以下步骤:A、将尼龙6、纳米 碳 纤维 与酸酐改性乙烯基共聚物混匀, 真空 干燥得到混合物;B、将步骤A得到的混合物经挤出 造粒 、挤出牵丝,再经熔融沉积,即得高导热尼龙复合材料;在本发明方法中通过向尼龙6/纳米 碳纤维 复合材料体系中引入酸酐改性乙烯基共聚物,使得由熔融沉积技术获得的尼龙6/纳米碳纤维/弹性体复合材料相对于尼龙6/纳米碳纤维复合材料具有更少的孔隙和 翘曲 ,并表现出更高的面外导热性能以及更优异的机械性能。
权利要求

1.一种高导热尼龙复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、将尼龙6、纳米纤维与酸酐改性乙烯基共聚物混匀,真空干燥得到混合物;
B、将步骤A得到的混合物经挤出造粒、挤出牵丝,再经熔融沉积,即得高导热尼龙复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤A中,以原料总重量的百分含量计,所述酸酐改性乙烯基共聚物为10wt%,所述纳米碳纤维为2 10wt%,所述尼龙6为80~ ~
88wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤A中,所述纳米碳纤维直径为
150 200nm,长度为10 30μm。
~ ~
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤A中,所述真空干燥温度为60℃,干燥时间为10h。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤B中,所述挤出造粒采用如下步骤:
采用双螺杆挤出机从第一区至第五区的温度依次设定为215℃、235℃、240℃、240℃、
240℃,螺杆转速120 r/min,再通过空压切粒机切粒,以获得的粒料放入60℃真空干燥箱中干燥10 h,冷却至室温,备用。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤B中,所述挤出牵丝采用如下步骤:
采用单螺杆挤出机从第一区至第五区的温度依次设定为220℃、240℃、240℃、240℃、
230℃,螺杆转速80 r/min,通过滚动式卷丝机牵丝,接着干燥、冷却至室温,备用。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述通过滚动式卷丝机牵丝得到的丝材的直径控制在1.5 mm 2mm。
~
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述干燥温度为60 ℃,干燥时间为10 h。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,在步骤B中,所述熔融沉积采用如下步骤:
采用3D打印机对备用的丝材进行处理,其打印前将3D打印机喷嘴温度设置为245 ℃,底座温度设置为150 ℃,打印速度设置为400 mm/min,层高设置为0.3 mm,填充走线度设置为180°。
10.一种如权利要求1‑9中任一项所述的制备方法制得的高导热尼龙复合材料在电子器件散热中的应用。

说明书全文

一种高导热尼龙复合材料的制备方法及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及导热材料技术领域,尤其涉及一种高导热尼龙复合材料的制备方法及应用。

背景技术

[0002] 随着5G时代的到来,新一代高度集成化,高功率的电子设备发展迅速。然而这些电子设备在运行过程中会积累大量的热量,如果热量无法及时散出,会对电子设备的安全性、使用寿命和性能造成严重负面影响。散热成为了影响器件使用效率和寿命的关键因素,这也给热管理材料的综合性能提出了更高的要求。一种理想的策略是将高导热填料与低密度、易加工的高分子聚合物结合起来,形成一种聚合物基导热绝缘复合材料来作为散热器。目前通用的制备方法是利用熔融共混、溶液共混等物理共混的方法,但填料的随机分布和无规排列限制了高分子导热复合材料的有效热传导,使得复合材料的实际导热系数跟预期相差甚远,因此填料的均匀分散和取向排列是获得高导热系数的关键。
[0003] 尼龙6(nylon)是五大工程塑料之一,凭借质轻、强度大、容易成型加工等优良性能,作为制备商业设备如发动机、LED、散热器的重要材质,广泛应用于5G通信,电子封装,能源传输等领域。目前关于尼龙导热复合材料的制备方式主要包括熔融或者溶液共混,制备具有隔离结构的尼龙导热复合材料以及在尼龙基体中构建三维导热网络。与其他聚合物基导热复合材料一样,物理共混得到的尼龙导热复合材料往往具有较低的导热系数。隔离结构虽然有助于导热通路的构筑,但是其机械性能往往较弱。三维导热网络能够在面内和面外两个方向为尼龙复合材料带来可观的传热,然而需要在三维导热骨架上面进行尼龙的原位聚合,面临过程复杂,分子量难以控制,重复性差等问题,很难进行高效生产。因此,能够通过取向结构获得兼具高导热性能和机械性能的尼龙复合材料是解决问题的关键。
[0004] 熔融沉积(FDM)作为一种广泛使用的增材制造技术,利用聚合物基复合材料,能够实现复杂的几何定制和快速原型制造。FDM技术的持续发展突显了FDM打印聚合物基复合材料作为热管理材料对于包括航空航天和生物医学工程在内的多种应用的重要性。然而打印过程中尼龙6的翘曲以及较多孔隙的产生限制了复合材料导热性能的提升,一定程度上延缓了FDM在尼龙基热管理材料领域的发展。

发明内容

[0005] 为了解决上述技术问题,本发明的实施例提供一种高导热尼龙复合材料的制备方法及应用。
[0006] 为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案:一方面,本发明提供一种高导热尼龙复合材料的制备方法,包括以下步骤:
A、将尼龙6、纳米纤维与酸酐改性乙烯基共聚物混匀,真空干燥得到混合物;
B、将步骤A得到的混合物经挤出造粒、挤出牵丝,再经熔融沉积,即得高导热尼龙复合材料。
[0007] 在一些实施例中,在步骤A中,以原料总重量的百分含量计,所述酸酐改性乙烯基共聚物为10wt%,所述纳米碳纤维为2 10wt%,所述尼龙6为80 88wt%。~ ~
[0008] 在一些实施例中,在步骤A中,所述纳米碳纤维直径为150 200nm,长度为10 30μm。~ ~
[0009] 在一些实施例中,在步骤A中,所述真空干燥温度为60℃,干燥时间为10h。
[0010] 在一些实施例中,在步骤B中,所述挤出造粒采用如下步骤:采用双螺杆挤出机从第一区至第五区的温度依次设定为215℃、235℃、240℃、240℃、240℃,螺杆转速120 r/min,再通过空压切粒机切粒,以获得的粒料放入60℃真空干燥箱中干燥10 h,冷却至室温,备用。
[0011] 在一些实施例中,在步骤B中,所述挤出牵丝采用如下步骤:采用单螺杆挤出机从第一区至第五区的温度依次设定为220℃、240℃、240℃、240℃、230℃,螺杆转速80 r/min,通过滚动式卷丝机牵丝,接着干燥、冷却至室温,备用。
[0012] 在一些实施例中,所述通过滚动式卷丝机牵丝得到的丝材的直径控制在1.5mm~2mm。
[0013] 在一些实施例中,所述干燥温度为60 ℃,干燥时间为10 h。
[0014] 在一些实施例中,在步骤B中,所述熔融沉积采用如下步骤:采用3D打印机对备用的丝材进行处理,其打印前将3D打印机喷嘴温度设置为
245 ℃,底座温度设置为150 ℃,打印速度设置为400 mm/min,层高设置为0.3 mm,填充走线度设置为180°。
[0015] 另一方面,本发明还提供一种上述的制备方法制得的高导热尼龙复合材料在电子器件散热中的应用。
[0016] 与现有技术相比,本发明的有益效果在于:在本发明方法中通过向尼龙6/纳米碳纤维复合材料体系中引入酸酐改性乙烯基共聚物(弹性体),使得由熔融沉积技术获得的尼龙6/纳米碳纤维/弹性体复合材料相对于尼龙6/纳米碳纤维复合材料具有更少的孔隙和翘曲,并表现出更高的面外导热性能以及更优异的机械性能。通过FDM的喷嘴剪切力能够使尼龙6分子链和一维导热填料在打印方向上获得一种取向排列的结构。这种结构能够为尼龙6复合材料在取向方向上带来可观的导热性能和机械性能,通过由熔融沉积(FDM)获得的尼龙6复合材料,为高集成化高功率的电子器件带来了综合性能更强的热管理材料,在电子热管理工业领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0017] 图1中的a图为5wt%CNFs‑AEC样品的截面脆断SEM图像;b图、d图和c图分别为a图的连续放大图;图2中的a图为10wt%CNFs和10wt%CNFs‑AEC样品的DSC曲线;b图为10wt%CNFs‑AEC长方体形状样品侧面的光学照片;c图为10wt%CNFs长方体形状样品侧面的光学照片;
图3中的a图为nylon‑AEC、2wt%CNFs‑AEC、5wt%CNFs‑AEC和10wt%CNFs‑AEC样品的面内热导率和面外热导率;b图为10wt%CNFs和10wt%CNFs‑AEC样品的面内、面外热导率;c图为10wt%CNFs‑AEC样品的表面光学照片;d图为10wt%CNFs样品的表面光学照片;
图4中的a图为5wt%CNFs‑AEC、10wt%CNFs‑AEC和10wt%CNFs的复合材料的拉伸应力应变曲线;b图为拉伸强度测试结果统计图;c图为断裂伸长率测试结果统计图;d图为5wt%CNFs‑AEC的复合材料在拉伸测试过程中的光学照片;
图5中的a图为5wt%CNFs‑AEC‑C样品的截面脆断SEM图像;b图为5wt%CNFs‑AEC样品的截面脆断SEM图像;
图6中的a图为nylon‑AEC、nylon‑AEC‑C、2wt%CNFs‑AEC、2wt%CNFs‑AEC‑C、5wt%CNFs‑AEC、5wt%CNFs‑AEC‑C、10wt%CNFs‑AEC、10wt%CNFs‑AEC‑C样品的面外热导率;b图为
10wt%CNFs、10wt%CNFs‑AEC、10wt%CNFs‑C、10wt%CNFs‑AEC‑C样品的面外热导率;
图7中的a图为5wt%CNFs‑AEC‑C、10wt%CNFs‑AEC‑C、10wt%CNFs‑C样品的拉伸应力‑应变曲线;b图为拉伸强度测试结果统计图;c图为断裂伸长率测试结果统计图。

具体实施方式

[0018] 下面将结合附图,对本公开一些实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
[0019] 1、材料表1
名称 简称 型号 形态 来源
尼龙6 nylon 73G15L 颗粒 美国杜邦
纳米碳纤维 CNFs CNT905 直径150~200 nm长度10~30 μm 北京德科岛金
弹性体(酸酐改性乙烯基共聚物) AEC N493 颗粒 美国杜邦
2、实验部分
(1)混料
混合母料的配置将nylon、CNFs、AEC按照如下表2中的各比例混合摇匀后放入60℃真空干燥箱中干燥10h,关掉烘箱后,冷至室温干燥保存,取出备用。
[0020] (2)挤出造粒使用双螺杆挤出机和空压切粒机将混合母料挤出造粒,即双螺杆挤出机从第一区至第五区(喂料端至出料端)温度为215℃、235℃、240℃、240℃、240℃,螺杆转速120 r/min,丝条牵引及切粒速度与挤出速度相匹配。空压切粒机切粒获得的粒料放入60℃真空干燥箱中干燥10 h,关闭真空干燥箱后,冷至室温干燥保存,取出备用。
[0021] (3)挤出牵丝使用单螺杆挤出机、激光测径仪和滚动式卷丝机将准备好的粒料挤出牵丝,单螺杆挤出机从第一区至第五区(喂料端至出料端)温度为220℃、240℃、240℃、240℃、230℃,螺杆转速80 r/min,在激光测径仪的校准下,通过改变滚动式卷丝机的转速来调控丝材的直径,确保其在1.75 mm ± 0.25 mm,将获得的丝材放入60℃真空干燥箱中干燥10 h,关掉烘箱后,冷至室温干燥保存,取出备用。
[0022] (4)熔融沉积FDM使用3D打印机对准备好的丝材进行加工,分别打印出长方体形状和哑铃形状的样品分别用于后续的导热性能和力学性能测试。打印前将喷嘴温度设置为245 ℃,底座温度设置为150 ℃,打印速度设置为400 mm/min,层高设置为0.3 mm,填充走线角度设置180  °。
打印完成后将获得的样品作为最终的尼龙6复合材料放入干燥箱中放置存储。
[0023] 各个实施例的操作步骤如上实验部分,其具体的原料组分如下表2所示表2案例 样品名称 AEC含量(wt%) CNFs含量(wt%) 尼龙6含量(wt%)
对比例1 nylon‑AEC 10 0 90
实施例1 2wt%CNFs‑AEC 10 2 88
实施例2 5wt%CNFs‑AEC 10 5 85
实施例3 10wt%CNFs‑AEC 10 10 80
对比例2 10wt%CNFs 0 10 90
3、表征
采用扫描电子显微镜(SEM,JSM‑IT800,捷欧路科贸有限公司,北京)对上述样品的微观形貌进行了分析。将上述打印完成后的5wt%CNFs‑AEC样品(即实施例2得到的尼龙6复合材料)放于液氮中冷冻10 min后脆断,选取脆断面作为观察对象。采用电子万能试验机(E44 104,美特斯工业系统有限公司,美国)表征了不同CNFs含量的打印样品(哑铃形状)的拉升强度和断裂伸长率,绘制了应力应变曲线。在试验前设置拉伸速度为5 mm/min。使用差热分析仪(DSC,TA25,TA仪器,美国)在氮气气氛下对10wt%CNFs(对比例2)和10wt%CNFs‑AEC(实施例3)样品进行了热行为分析。在程序中,设置升降温区间为50 ℃ 250 ℃,升降温速~
率为10 ℃/min。样品的导热性能是利用热常数分析仪(TPS2200, Hot Disk,瑞典)基于瞬态平板热源法测试的,测试过程满足ISO 22007‑2标准。
[0024] 4、结果与讨论(1)微观形貌
图1中的图a为5wt%CNFs‑AEC样品(实施例2)的截面脆断SEM图像,b图、d图和c图分别为a图的连续放大图。图1中的b图与d图所示CNFs在尼龙6内部均沿箭头方向(打印方向)呈现取向排列,并且分散均匀,无明显团聚现象,如图1中的c图所示CNFs与尼龙6基体间的接触也几乎没有缝隙。这说明CNFs在尼龙6‑AEC体系中表现出良好的分散性和相容性。现有技术中CNFs在尼龙6中往往会出现团聚现象,并且CNFs和尼龙6之间往往存在孔隙。这说明AEC的引入增强了打印过程中CNFs在尼龙6中的分散性和相容性。此外,FDM使得CNFs在复合材料内部建立了沿打印方向的导热路径。这对于增强复合材料导热性能是积极的。
[0025] (2)热行为分析通过DSC表征了10wt%CNFs(对比例2)和10wt%CNFs‑AEC(实施例3)样品的晶型特征。如图2中的a图所示10wt%CNFs样品中尼龙6的结晶晶型为γ晶型和α晶型(双峰),而
10wt%CNFs‑AEC样品中结晶晶型全部为更稳定的α晶型(单峰),说明AEC的引入导致了尼龙6结晶的改变。
[0026] 10wt%CNFs长方体形状样品表现出明显翘曲,然而如图2中的b图与c图所示10wt%CNFs‑AEC长方体形状样品几乎无翘曲。这是由于AEC的引入影响了尼龙6的结晶,从而改善了样品的翘曲,这对于样品的整体性能有积极的影响。
[0027] (3)导热性能通过热常数分析仪对复合材料的导热性能进行了分析。如图3中a图与b图所示,竖直方向为复合材料的面外导热方向(K⊥),竖直方向与打印方向一致,平方向为面内导热方向(K∥),水平方向与打印方向垂直。
[0028] 如图3中的a图,复合材料的面外热导率随着CNFs含量的增加而逐步增长,10wt%CNFs‑AEC样品的面外热导率达到了5.3 W/mK,相对于nylon‑AEC样品增加了2204%。这是由于随着CNFs含量的增大,CNFs在尼龙6内部沿着面外方向形成的导热路径逐渐完善,最终呈现出热导率的阶梯式增长。然而在复合材料在面内方向的热导率基本没有变化,始终位于0.23 W/mK附近。这是因为在复合材料在面外方向没有取向排列的CNFs结构,无法形成导热通路。
[0029] 此外,单独研究了10wt%CNFs和10wt%CNFs‑AEC样品的面外热导率变化(图3中的b图)。10wt%CNFs‑AEC样品的面外热导率比10wt%CNFs样品(3.7 W/mK)提升了46%。说明AEC的引入增强了复合材料的面外热导率。正如前面所提到的,AEC的引入改善了打印材料的翘曲,这对于样品热导率的提升是有益的。此外,如图3中的c图所示10wt%CNFs‑AEC长方体样品表面光滑几乎没有孔隙,而图3中的d图所示10wt%CNF长方体样品表面出现诸多孔隙。说明AEC的引入减少甚至消除了打印材料的孔隙。在尼龙6复合材料的打印过程中往往会由于填料分散不均或者气泡的出现影响当前时刻的喷嘴挤出量,从而使得样品在打印过程中容易出现一些间断和孔洞,在宏观层面直接减少了导热通道,降低了复合材料的热导率。然而AEC的引入优化了CNFs在尼龙6中的分散性和相容性,增强了复合材料的可加工性能,降低了挤出量的突变对打印样品的影响,减少了孔隙的出现,保证了熔体的连续性,增加了样品面外方向的导热通道,从而增强了复合材料的面外热导率。综上所述AEC的引入增强了复合材料的导热性能,扩大了FDM在尼龙基热管理材料领域的优势。
[0030] (4)机械性能通过拉伸测试表征了5wt%CNFs‑AEC、10wt%CNFs‑AEC和10wt%CNFs哑铃形状样品的拉伸性能。如图4中的a图,测试得到了样品的原始应力应变曲线,并从中提取了样品的拉伸强度(如图4中的b图)和断裂伸长率(图4中c图)。随着CNFs含量的提升,复合材料的拉伸强度略微下降,从50.72 MPa(5wt%CNFs‑AEC)下降为46.29 MPa(10wt%CNFs‑AEC)(图4中的b图),这是由于更多的CNFs意味着有更多的CNFs与尼龙基体之间的界面,在拉伸过程中更容易形成缺陷从而降低强度。此外,10wt%CNFs的复合材料拉伸强度只有28.59 MPa,说明AEC增强了复合材料的拉伸强度(提升了62%)。AEC的引入不仅增加了CNFs在尼龙6中的分散性和相容性,而且减少了打印样品的孔隙,并改善了翘曲,最终导致了复合材料强度的提升。
对于复合材料的断裂伸长率,5wt%CNFs‑AEC样品达到了181.3%(图4中的d图记录了其在拉伸过程中被极致拉长的状态),虽然10wt%CNFs‑AEC样品断裂伸长率有所降低,但依然维持在90.4%(图4中的c图)。10wt%CNFs样品的断裂伸长率为73%,低于10wt%CNFs‑AEC样品,说明AEC增强了复合材料的断裂伸长率(提升了24%)。尼龙6分子链和CNFs在3D打印过程中由于受到剪切力诱导而表现出高度取向,这些取向的结构为复合材料在取向方向上带来了较为优异的机械性能,而AEC的引入进一步增强了这些机械性能,为3D打印尼龙基复合材料带来了广阔的应用前景。
[0031] 5、熔融沉积(FDM)与热压成型(CM)对比实验材料:
材料与上述材料一样。
[0032] 实验步骤:(1)混合母料的配置将nylon、CNFs、AEC按照表3中的各比例混合摇匀后放入60℃真空干燥箱中干燥10h,关掉烘箱后,冷至室温干燥保存,取出备用。
[0033] 表3样品名称 AEC含量(wt%) CNFs含量(wt%) 尼龙6含量(wt%)
nylon‑AEC‑C 10 0 90
2wt%CNFs‑AEC‑C 10 2 88
5wt%CNFs‑AEC‑C 10 5 85
10wt%CNFs‑AEC‑C 10 10 80
10wt%CNFs‑C 0 10 90
(2)挤出造粒
使用双螺杆挤出机和空压切粒机将混合母料挤出造粒,即双螺杆挤出机从第一区至第五区(喂料端至出料端)温度为215℃、235℃、240℃、240℃、240℃,螺杆转速120 r/min,丝条牵引及切粒速度与挤出速度相匹配。空压切粒机切粒获得的粒料放入60℃真空干燥箱中干燥10 h,关闭真空干燥箱后,冷至室温干燥保存,取出备用。
[0034] (3)模压成型(CM)使用平板硫化仪将准备好的粒料压缩成型。首先在245 ℃、0 MPa的条件下预热5 min,紧接着在245 ℃、10 MPa的条件下硫化5 min,最后在10 ℃、10 MPa的条件下冷压
5min。在硫化前设置多次排气以去除模具内部的空气,保证最终样品的质量。模压成型完成后将获得的样品放入干燥箱中放置存储。
[0035] 表征:采用扫描电子显微镜(SEM,JSM‑IT800,捷欧路科贸有限公司,北京)对样品的微观形貌进行了分析。将上述打印完成后的5wt%CNFs‑AEC样品(实施例2)放于液氮中冷冻10 min后脆断,选取脆断面作为观察对象。采用电子万能试验机(E44 104,美特斯工业系统有限公司,美国)表征了不同CNFs含量的打印样品(哑铃形状)的拉升强度和断裂伸长率,绘制了应力应变曲线。在拉伸前将拉伸速度设置为5 mm/min。样品的导热性能是利用热常数分析仪(TPS2200, Hot Disk,瑞典)基于瞬态平板热源法测试的,测试过程满足ISO 22007‑2标准。
[0036] 结果与讨论:(1)微观形貌:
图5中的a图和图5中的b图分别为5wt%CNFs‑AEC‑C样品和5wt%CNFs‑AEC样品的截面脆断SEM图像。对于5wt%CNFs‑AEC样品,CNFs表现出明显的取向排列结构。相反,对于5wt%CNFs‑AEC‑C样品,CNFs则表现出随机排列的无序结构。这些随机排列的CNF在复合材料内部难以形成导热通路,对复合材料导热性能的提升将会非常局限。
[0037] (2)导热性能图6中的a图显示了两个不同工艺下各个样品的热导率。对于由FDM获得的样品热导率随着CNFs含量增大而逐渐提升这部分在前面实验中已经解释,在这里着重研究在同样的组分下,FDM和CM这两种工艺对样品导热性能的影响差别。对于CM来说增大CNFs含量对于样品热导率的提升非常有限,即使最高的10wt%CNFs‑AEC‑C样品热导率也仅为0.411 W/mK。
[0038] 这在前面的SEM内容中也有说明,CM没有对CNFs诱导取向导致CNFs在复合材料内部随机排布,无法形成导热通路。10wt%CNFs‑AEC样品的热导率比10wt%CNFs‑AEC‑C样品高了1193%(图6中的a图)。
[0039] 图6中的b图则表达了向体系中引入AEC来增强复合材料热导率这一行为对工艺的选择性。10wt%CNFs‑AEC样品相比于10wt%CNFs样品热导率提升了46%,这在前面内容中已经解释过。然而,10wt%CNFs‑AEC‑C样品却比10wt%CNFs‑C样品热导率降低了35%,也就是说,当工艺为CM这种普通共混时,引入AEC不仅不能增强反而降低了复合材料的热导率。这是因为当CNFs在复合材料内部没有形成导热路径时,材料的热导率主要受CNFs‑nylon界面热阻影响,而引入本征热导率更低的AEC后,出现了更多的界面热阻即CNFs‑AEC和AEC‑nylon,从而降低了复合材料的热导率。
[0040] 与之相反,当加工成型方式为FDM时,由于复合材料内部形成了CNFs导热通路,决定复合材料热导率的主要为CNFs‑CNFs界面热阻,所以引入AEC不仅不会降低复合材料的热导率,反而因为增强CNFs在体系中的分散性,减少打印样品的孔隙,改善翘曲等原因提高了复合材料的热导率。总而言之,引入AEC增强复合材料导热性能对于FDM具有专一性。
[0041] (3)机械性能图7中的a图、b图与c图为5wt%CNFs‑AEC‑C、10wt%CNFs‑AEC‑C、10wt%CNFs‑C样品的拉伸应力‑应变曲线,拉伸强度,断裂伸长率。对于通过CM获得的nylon‑CNFs样品,引入AEC虽然增大了复合材料的断裂伸长率(提升36%),但略微降低了复合材料的拉伸强度(降低
7%),这符合弹性体对尼龙复合材料在普通共混工艺下机械性能影响规律。由此结合之前的实验可以得出,引入AEC提升nylon‑CNFs复合材料的强度也同样对FDM这种工艺具有专一性。
[0042] 综上,熔融沉积FDM(导热填料取向排布,自定义导热方向)这种工艺相对于普通共混(导热填料随机排布)对于增强尼龙基热管理材料导热性能方面的优势,向nylon/CNFs体系中引入AEC能增强复合材料的热导率和拉伸强度这种机制只适用于FDM这种工艺不适用于热压缩成型,对FDM具有专一性。
[0043] 在本说明书的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0044] 以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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