【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于导热材料，涉及一种基于三维打印的定向高导热抗冲复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、高导热复合材料近年来在能源、电子封装、电气设备、航空航天等工业领域有着广泛需求，越来越受到各领域研究者重视。高分子材料本身拥有易加工、成本低、重量轻等诸多优点，基于高分子材料的导热复合材料研究日益増多。
2、另外，各向异性的高导热填料如碳纤维(cf)、石墨烯以及六方氮化硼纳米片等材料，由于其高热导率、低密度、强度高、韧性好、耐腐蚀、易加工等优点在导热聚合物领域引起了广泛的关注
3、但是，目前相关研究存在着两方面的问题：一方面，xu等人在《a roadmap reviewof thermally conductive polymer composites:critical factors,progress,andprospects》中指出——cf或石墨烯与基体随机混合并分散在复合材料中，这种方法是利用填料本身的高导热性减少声子在复合材料内部的散射，但该种方法制造的导热材料往往是各向同性的，相较而言各项异性的导热材料可以在添加更少填料的基础上，在某一方向获得更高的热导率使其满足更大的应用需求。另一方面，wang等人在《3d-printing ofsegregated carbon nanotube/polylactic acid composite with enhancedelectromagnetic interference shielding and mechanical performance》中指出—
4、基于上述技术存在的问题，亟待开发一重既能解决定向高导热复合材料的填料取向度有限，又能解决材料力学性能不足的问题的技术路线。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中定向高导热复合材料的填料取向度有限，同时，力学性能不足等问题，利用模压方法制备三维打印等规聚丙烯基板使得导热填料通过打印过程中线丝表面张力的作用增大取向度，在三维打印过程中采用经硅烷偶联剂表面改性的导热填料通过偶联程度的不同充分调节填料的取向，采用三维打印制备得到定向高导热抗冲复合材料，最后通过热退火的方式在尽量不影响填料取向的前提下完成力学性能的提高。该方式可以使得制备的导热复合材料具有形状可控性高、定向热导率高、填料取向程度高、冲击强度优异等优点。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种基于三维打印的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料，包括模压成型的聚合物基板和表面改性导热填料填充的等规聚丙烯复合材料经过三维打印并热退火处理成型的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料。
4、所述高导热填料为碳纤维、碳纳米管、石墨烯纳米片、石墨烯纤维、氮化硼纳米片中的至少一种，进一步为优选碳纤维。
5、所述聚合物基板为由“齐格勒-纳塔”催化等规聚丙烯或茂金属催化等规聚丙烯模压成型的，不同种类的聚丙烯对打印线丝拥有不同的粘附力，从而可以调节线丝的表面张力以增大导热填料在复合材料中的取向程度。优选为“齐格勒-纳塔”催化等规聚丙烯。
6、所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷(kh550)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(kh-570)、titanate coupling agent lica 12(lica 12)中的一种，进一步优选为kh550。
7、所述导热填料与等规聚丙烯的质量比为3:2。
8、所述聚合物基板的厚度为1mm-5mm。
9、一种定向高导热抗冲复合材料的制备方法，步骤如下：
10、(1)增大纤维取向的聚合物基板制备：
11、将等规聚丙烯放入热压模具中模压成型，其中模压温度为200℃-250℃，模压压力为10mpa-20 mpa，模压时间为10min-15min；通过控制等规聚丙烯是否和所打印线丝粘附力匹配来控制打印丝的表面张力，从而进一步控制纤维的取向程度；
12、(2)导热填料的表面改性：
13、将乙醇与水按9：1的体积比混合，再向混合溶液中加入偶联剂得到改性剂，其中混合溶液与硅烷偶联剂的质量比为98.5：1.5-97：93；将导热填料加入到改性剂中超声1小时并静置12小时，取出后80℃烘干2小时；复合材料除了相容性得到改善外，使用不同的偶联剂会得到不同的粘度，从而控制剪切流对纤维的诱导取向程度。
14、(3)定向高导热抗冲复合材料的制备：
15、将改性后的导热填料与等规聚丙烯按照3:2的质量比混合后加入单螺杆挤出机中制备成1.75mm的标准线材；挤出温度比聚合物基体的熔融温度高20℃-50℃，挤出速度为25r/min-50r/min；按照所需的定向导热制品的三维数字模型，通过熔融沉积技术制备单轴定向有序的高导热抗冲复合材料制件；打印速度为50mm/s-80mm/s,并控制挤出的线丝沿指定方向进行逐层堆叠累计。
16、(4)热退火处理：
17、将打印好的三维制件放入85℃-95℃烘箱中12h-24h。所述的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷(kh550)、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(kh-570)、titanatecoupling agent lica 12(lica 12)中的一种，进一步优选为kh550。
18、所述热退火温度需高于聚合物基体的玻璃化转变温度10-15℃。
19、本专利技术的有益效果：
20、①本专利技术有效的改善了现有技术中定向高导热复合材料的填料取向度有限的问题，获得更高的面外热导率。
21、②本专利技术有效的改善了现有技术中定向高导热复合材料在力学性能与高面外热导率不平衡的问题，在复合材料中实现了二者的同时增强。
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1.一种基于三维打印的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料，其特征在于，该定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料由模压成型的聚合物基板和表面改性后的导热填料经过三维打印并热退火处理成型的。
2.根据权利要求1所述的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料，其特征在于，所述高导热填料为碳纤维、碳纳米管、石墨烯纳米片、石墨烯纤维、氮化硼纳米片中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚合物基板为由“齐格勒-纳塔”催化等规聚丙烯或茂金属催化等规聚丙烯模压成型的。
4.根据权利要求1所述的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料，其特征在于，所述导热填料与等规聚丙烯的质量比为3:2。
5.根据权利要求1所述的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚合物基板的厚度为1mm-5mm。
6.一种定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、Titan
...【技术特征摘要】
1.一种基于三维打印的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料，其特征在于，该定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料由模压成型的聚合物基板和表面改性后的导热填料经过三维打印并热退火处理成型的。
2.根据权利要求1所述的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料，其特征在于，所述高导热填料为碳纤维、碳纳米管、石墨烯纳米片、石墨烯纤维、氮化硼纳米片中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的定向高导热抗冲等规聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚合物基板为由“齐格勒-纳塔”催化等规聚丙烯或茂金属催化等规聚丙烯模压成型的。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王艳，房博文，农晓维，邱帅，王胜法，徐兰娟，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：
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