高导热连续沥青基碳纤维增强复合丝材制备及3D打印（英文）

作者：张海光^*; 赵坤龙; 胡庆夕; 王金合^*

来源：Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering), 2023, 24(02): 162-173.

• 导热系数
• 3D打印
• 连续中间相沥青基碳纤维(CMPCF)
• 热塑性聚氨酯(TPU)
• 环氧复合丝材

目的：为满足航天器对树脂导热性能的要求，解决3D打印复杂零件时导热效率低的问题，本研究提出一种新型连续中间相沥青基碳纤维/热塑性聚氨酯/环氧树脂（CMPCF/TPU/epoxy）复合长丝并介绍其制备工艺。创新点：1.该复合长丝的制备基于连续中间相沥青基碳纤维（CMPCF）的高导热性能、热塑性聚氨酯（TPU）的高弹性和环氧树脂（epoxy）的耐高温性能。2.沿导热方向打印长丝，并提出热固性复合丝材打印件的新固化方式。方法：1.采用上浆剂法进行表面上浆，选取水溶性聚氨酯作为表面上浆剂，提升连续中间相沥青基碳纤维聚束性。2.通过增韧预处理，选取TPU作为增韧基体材料，在上浆后的碳纤维束外包裹一层具有高韧性高强度的树脂层。3.采用浸涂处理工艺，选取固态环氧树脂，成功制备出高导热CMPCF/TPU/epoxy复合丝材。4.沿导热方向规划打印路径并进行打印测试，验证复合长丝的可打印性和打印件的导热系数。结论：1.通过对CMPCF进行表面上浆、增韧预处理和预浸处理，成功制备出高导热性能的CMPCF/TPU/epoxy复合长丝；在CMPCF外包裹TPU，解决了CMPCF因脆性而难以打印的问题。2.3D打印使纤维沿导热方向铺设，为制备具有高导热系数的复杂打印件提供了一种新方法。3.导热系数测试表明，当CMPCF体积含量仅为6.6%时，复合材料的导热系数为40.549W/(m·K)，是纯环氧树脂的160倍，是聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）体积为14.6%时复合材料的13倍，因此CMPCF的加入明显提高了打印件的导热性能。

• 单位
  自动化学院; 上海大学