开云体育 开云APP开云体育 开云APP聚合物因其成本低，机械性能强，抗污抗腐蚀等优点而被广泛应用于人们的日常生活和工业生产中。然而，绝大多数的聚合物的热导率较低（通常低于0.5 W/(m∙K) ），这极大地限制了聚合物在热管理系统中的应用，如塑料换热器等。因此，提高聚合物的热导率具有重要意义。

　　提高聚合物热导率通常是通过在聚合物中添加高导热的填料来实现的。碳纤维（CF）是一种受欢迎的增强填料，因为它不仅可以在提高聚合物热学性质和机械性能的同时降低材料的密度，而且沿轴向它表现出较高的热导率（530～1100 W/(m∙K)）。

　　聚偏氟乙烯（PVDF）因其优异的抗化学腐蚀性，良好的热稳定性，及较强的机械强度而被广泛应用于化工等行业中。然而，聚偏氟乙烯的固有热导率很低（~0.19 W/(m∙K)）。尽管很多研究致力于提升其热导率，但效果欠佳。因此，提升聚偏氟乙烯的热导率仍具有挑战。

　　除填料和聚合物自身性能外，填料尺寸对复合材料最终性能的影响也很显著。然而较少研究侧重于碳纤维长度对聚偏氟乙烯热导率的影响，因此在此研究中集中探究碳纤维长度对聚偏氟乙烯热学和机械性能等的影响。

　　本文使用两种不同尺寸的碳纤维（平均长度分别为286.6±7.1和150.0±2.3 µm）通过冷压烧结的方法制备了碳纤维增强聚偏氟乙烯复合材料，深入研究了碳纤维的长度对聚偏氟乙烯复合材料的热导率、热稳定性和力学性能等方面的影响。实验结果表明，添加碳纤维显著提升了聚偏氟乙烯的热导率，并且随着碳纤维负载量的增加而明显增加。其中，当加入40 wt.%的短碳纤维（SCF）时，复合材料的热导率高达到2.89 W/(m∙K)，是纯聚偏氟乙烯的17倍。在较高的负载量下，短碳纤维比长碳纤维的热导率增强效果更好，这是由于在高负载量下，短碳纤维构建的三维热通道质量更佳，更利于热量传递。动态力学分析结果表明，碳纤维和聚偏氟乙烯之间形成物理作用，碳纤维网络结构的形成，这促进了外部载荷通过聚合物基体向碳纤维转移，因此聚偏氟乙烯的储能模量有明显提升。机械性能结果表明，在碳纤维负载量较低时，聚偏氟乙烯的机械强度有所增强，最高增强了20.5%。较高的负载量和较短的碳纤维长度逐渐使得聚偏氟乙烯复合材料从韧性模式转变为脆性模式。并且，制备的复合材料保持了良好的热稳定性和抗化学腐蚀性。

　　通过冷压烧结方法制备的碳纤维增强聚偏氟乙烯复合材料，在不牺牲热稳定性和抗化学腐蚀性的同时，不仅热导率最大可提升至2.89 W/(m∙K) （与纯聚偏氟乙烯相比提升了1589%），并且机械强度最高可增强20.5%。与其他工作相比，这项研究提供了一种简单的方法来大大提高聚偏氟乙烯复合材料的热导率并可作为塑料膜式换热器的生产原料。