[發明專利]一種纖維定向排列復合材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211519966.7
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115850742A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 王紹凱;葉紅利;李敏;顧軼卓
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C08J5/06
• 分類號: C08J5/06;B29C70/42;B29C70/54;C08L83/04;C08K9/00;C08K7/06;C08L63/00;C08K7/10;C09K5/14;H05K7/20
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 申素霞;王立普

本發明提供了一種纖維定向排列復合材料及其制備方法和應用，屬于功能材料技術領域。本發明采用直徑為微米級的導熱纖維作為填料，成本較低。同時，本發明利用可牽伸基底，在保證導熱纖維平行排列的前提下，帶動纖維集束分散運動，在此基礎上通過澆注基體材料，可制備得到導熱纖維沿高度(厚度)方向定向排列的復合材料。采用本發明方法便于調控導熱纖維的體積分數，易獲得導熱纖維體積分數較高的復合材料，具有優異導熱性能，避免了納米材料比表面積大而較難獲得高導熱填料含量的復合材料的問題，而且避免了納米材料之間存在接觸熱阻而影響復合材料傳熱效率的問題。本發明提供的方法操作簡單，具有廣闊應用前景。

技術領域

本發明涉及功能材料技術領域，尤其涉及一種纖維定向排列復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

電子器件集成度和功率密度日漸提升，相應的散熱問題日益嚴重。重量輕、熱導率高的熱界面材料(TIM)已成為先進熱管理系統中一個極其重要的組成部分。同時，傳統的樹脂基復合材料中，樹脂導熱性能低，如何構建纖維的傳熱路徑提高復合材料導熱性能也受到研究者們的廣泛關注。

以熱界面材料為例，導熱墊片通過填充在發熱體和散熱原件之間，完成發熱部位與散熱部位間的熱傳遞，進而實現設備快速散熱。傳統的導熱墊片通常由無機導熱粉體與基體復合制備而成，無機導熱粉體包括氧化鋁、氮化鋁、氮化硼等，其熱導率均在300W/(m·K)以下，而由無機導熱粉體填充制作的導熱墊片的熱導率通常不高于10W/(m·K)。

目前，以碳納米管、石墨烯等納米材料作為一維或二維導熱填料，通過采用冰模板法或牽伸取向法，對導熱填料進行取向性調控，可以獲得高導熱復合材料。然而，這些納米材料價格昂貴，且納米材料比表面積大，采用上述方法導熱填料含量一般不超過5％，難以獲得高導熱填料含量的復合材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種纖維定向排列復合材料及其制備方法和應用，本發明采用直徑為微米級的導熱纖維作為填料，成本較低，且采用本發明方法便于調控導熱纖維的體積分數，易獲得導熱纖維體積分數較高的復合材料，具有優異導熱性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種纖維定向排列復合材料的制備方法，包括以下步驟：

提供纖維集束，所述纖維集束由多根直徑為微米級的導熱纖維沿所述纖維集束的軸向平行排列形成；

將所述纖維集束豎直粘附于可牽伸基底的表面，對所述可牽伸基底進行牽伸，使所述可牽伸基底表面的纖維集束中導熱纖維分散，得到分散纖維集束；

將所述分散纖維集束置于模具中，向盛放有所述分散纖維集束的模具中澆注基體材料，固化成型后脫模，得到纖維定向排列復合材料。

優選地，所述纖維集束整體呈圓柱體，所述纖維集束的直徑為8～12mm，高為2～10mm；所述纖維集束中導熱纖維的體積分數≥60％。

優選地，所述導熱纖維包括碳纖維、氮化硅纖維或氧化鋁纖維。

優選地，所述導熱纖維表面具有保護膜；所述粘附前還包括：去除所述纖維集束中導熱纖維表面的保護膜。

優選地，所述可牽伸基底包括橡膠膜或可伸長海綿。

優選地，所述牽伸為機械牽伸；所述牽伸的速率為3～5mm/min。

優選地，所述牽伸的方式包括環形牽伸或單向牽伸。

優選地，所述纖維集束的側壁具有用于固定所述導熱纖維的約束帶；所述牽伸前還包括：去除所述纖維集束側壁上的約束帶。