[发明专利]一种具有三维导热网链复合材料的制备方法及其装置

说明书

本发明公开一种具有三维导热网链复合材料的制备方法及其装置，所述复合材料按重量份计：基体树脂65~99份，非磁性导热填料0.05~30份，磁性导热填料0.03~10份。所述制备方法是将原料通过双螺杆共混造粒后，经单螺杆挤出收卷成线材，线材再经装置打成不同形状结构制品。所述的装置为带有磁场的3D打印装置。本发明得到的导热复合材料具有三维导热网链，制备方法简单，且该方法可制备散热材料。

技术领域

本发明属于一种具有三维导热网链复合材料的制备方法及其装置。

背景技术

导热聚合物材料的导热性能由聚合物的本征导热率和填充导热粒子的本征导热率所决定，由于聚合物的本征导热率远远的低于所填充导热粒子的本征导热率，所以导热性能很大程度取决于导热粒子。当粒子含量较小时，粒子间存在较厚聚合物基体层，粒子间距大，无法相互接触，导致复合体系中粒子间的相互作用小，对导热性能的贡献不大。随着粒子含量的增大，粒子间距减小，导热粒子相互作用，当粒子含量继续增加，达到一定程度，即临界基体厚度，粒子在树脂中的分散形成一个相对稳定的高效的传热路径——导热网链。传热的路径决定着材料的导热性能，粒子含量小，传热路径不完整，热量在粒子和树脂之间相互交替传热，但大部分还是在树脂之间传递。含量增加之后，热可能变成在粒子和粒子之间进行传递，传热路径完整稳定，导热性能大大的提升。导热网链受到填料导热性能、形貌、分布模式等的影响。

粒子的形貌对于粒子在树脂中的接触方式和分散堆积有着重要的影响，例如球形和片状的粒子对比，球形粒子之间的接触是靠点对点的接触，而片状的接触是片与片的接触。同时，片状的传热在取向上面有着很大的差别，热能在片状粒子的面上传热效率远远大于在片与片之间传热。也就是说形貌的不同对于粒子在形成的传热路径有着不同的作用。形成的导热网链的形态有差异，所以导热行为也有着明显的差别。

对于制备传统的填充型的聚合物导热材料来说，填充更多导热粒子填料意味着复合材料可以获得更高的导热率，代表着越多的导热路径，导热网链更加的完整。但是由于粒子的形貌的关系，粒子在树脂中的分散并不能无限的提高。粒子在树脂中的分散堆积存在一个最大值。相对于非球形的粒子，球形粒子更有利于获得更大的有效体积分数，这里称之为粒子在树脂中的堆积密度。随着导热粒子在基体树脂中含量的提升，粒子在树脂中形成导热网链，Agari等人认为热流在聚合物复合材料中的流动是有方向性的，在平行于粒子的方向上导热率较大。这类似于取向过程，粒子排布相互作用，在平行于粒子的排布方向上热流在这个比较完整的传热路径上进行传递，并且热在这个方向上传递效率远远大于热流在垂直方向上的效率。

在填充导热粒子时，导热粒子的填充量不能无限的提高，由于存在孔隙的关系，导热粒子的填充量存在一个最大的体积分数，在达到最大体积分数之后，继续添加导热粒子，孔隙含量迅速增大，孔隙的存在严重的制约着导热性能的提升。孔隙的来源，大概有以下三种：一、导热粒子分散过程中由于高速剪切作用带入的空气，由于体系粘度大，经塑化之后保持在复合物中，形成孔隙。二、粒子和树脂的界面作用，由于极性差的存在，界面并没有完全亲润，存在空隙。三、粒子的本征堆叠所产生的自由空间，在粒子相互堆叠的过程中，空隙不能被聚合物填充，引起空隙含量增加。

3D打印是一种新型的智能制造技术，相比传统成型方式相比，具有快速制备、精细化制造、材料利用率高等优点。其中熔融沉积成型(FDM)是最为普及的3D打印技术，它可将高分子材料打印成复杂结构的器件。传统注塑的导热材料，导热填料在树脂中呈各向同性，而3D打印技术中，受打印方向影响，3D打印过程中导热填料的流动方向会改变成与阻断力成垂直的方向，呈一定的各向异性。