用于热管理和力学性能可调控的可打印定向碳纤维增强聚乳酸复合材料

电子器件的蓬勃发展对兼具高效散热和优异机械强度的聚合物复合材料提出了迫切需求。中国科学技术大学等研究团队报道了一种采用熔融沉积成型（FDM）技术制备的聚乳酸/中间相沥青基碳纤维（PLA/CF）复合材料，该材料展现出卓越的导热性和机械性能。

有限元分析表明，挤出过程中产生的剪切流动促进了取向碳纤维网络的形成，赋予复合材料显著的各向异性特征。垂直取向的复合材料（PLA/CF 40V ）实现了11.3 W/mK的超高导热系数，是水平取向复合材料（PLA/CF 40H ）的10.3倍，在同等填料含量下优于大多数已报道的聚合物复合材料。

同时，PLA/CF 40V展现出卓越的机械增强性能，其拉伸强度和韧性均优于随机分散复合材料（PLA/CF 40R），并在循环载荷和高应变率动态条件下表现出优异的耐久性。

此外，在电池保护应用中，这种结构化的复合材料能够同时抑制热量积累并减轻机械损伤，从而确保电池在严苛的使用环境下稳定运行。这项工作为制备适用于热力耦合场景的多功能复合材料提供了一种可扩展且经济高效的策略。

亮点

• FDM可实现纤维增强复合材料的可规模化、灵活化制造。

• 打印过程中的剪切流和拉伸流有助于纤维取向排列。

• 调控纤维取向可同时优化材料的力学性能和热学性能。

• 该方法适用于制造力-热防护用结构部件。

图摘

该研究以题为“Printable aligned carbon fiber-reinforced polylactic acid composites towards tunable thermal management and mechanical performance”发表在《Chemical Engineering Journal》