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甯波材料所在短切碳纖維增強聚合物材料導熱性能方面取得進展
作者:,日期:2019-06-28

  短切碳纖維是由碳纖維長絲經纖維短切而成,相較于碳纖維長絲可以更均勻地分散在基體材料中。短切碳纖維不僅具有超高的機械強度、較低的密度及良好的熱穩定性,而且是一種性能優異的導熱材料,是提高聚合物材料導熱性能的理想導熱填料。但是,一維材料存在嚴重的導熱各向異性,如何充分控制短切碳纖維在聚合物基體材料中呈豎直取向,從而充分利用碳纖維的軸向高導熱得到具有優異縱向熱導率的複合材料是研究的關鍵。常用的方法是通過對短切碳纖維施加外電場,使碳纖維沿豎直方向取向。但是這種方法需要較強的電場強度且工藝較爲複雜,另外複合材料厚度受限于纖維的長度較難得到厚度適宜的導熱複合材料。

  基于上述问题,中國科學院宁波材料技术与工程研究所表面事业部功能碳素材料团队通过利用单轴温度场下冰晶的定向引导作用,使得短切碳纤维沿垂直方向取向,得到了具有“微芦苇丛”结构的碳纤维多孔泡沫,其制备流程和微观结构如图1所示。“微芦苇丛”结构充分利用碳纤维的轴向高导热增强聚合物材料的导热性能。该方法制备的复合材料的热导率高达6.04 Wm-1K-1,並且得到的複合材料具有良好的柔順性,有望代替傳統的聚合物材料解決電子電氣設備的散熱問題。

  相關工作已發表在化工領域的核心期刊(Chem. Eng. J., 2019, 375, 121921),並獲得國家自然科學基金(51573201和U1709205)、浙江省公益技術應用研究計劃(2016C31026)和3315創新團隊等項目資助。

图1 (a) 复合材料制备流程示意图,(b) CF的SEM图及尺寸分布图, (c-d) 芦苇丛图片,(e) CF foam的微观形貌图。

  (表面事业部 虞锦洪、侯肖)