CN107257818B - 导热复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括超高分子量(UHMW)聚合物和量大于60wt％的填充材料的导热复合材料，以及该种材料的用途，后者包括在熔融沉积成型和3‑D打印中制造制品的用途。本发明还涉及制造溶液的复合材料。该复合材料具有期望的热导率和至少可接受的物理和/或机械特性。

Description

导热复合材料
技术领域
本发明涉及包括导热复合材料或者由导热复合材料构成的制品或细丝，所述导热复合材料包括超高分子量(UHMW)聚合物和填充材料的导热复合材料，以及制备包括导热复合材料或者由导热复合材料构成的制品或细丝的方法。本发明还涉及复合材料在熔融沉积成型工艺和3-D打印工艺中的用于制造制品的用途。本发明还涉及以该方法形成的复合物(composition)及其在各种应用中的用途，后者包括在制备复合材料中的用途以及所述复合物和复合材料在熔融沉积成型和3-D打印中的用途。本发明还涉及用于熔融沉积成型工艺和3-D打印工艺的细丝，所述细丝包括复合材料。
背景技术
需要可以以直截了当的方式加工的具有高热导率的材料。这些材料可用于诸如散热器和热管等应用中。为了这些目的，可以使用与导热填料结合的聚合材料。然而，为了获得高热导率，可能有必要使聚合物材料加载有高水平的填充材料。迄今为止，已经证明难以实现高的填料加载。与高的填料水平关联的一个问题是填充材料的机械和/或物理特性可能受到损害或不利影响，例如生成的复合材料的脆性可能增加到潜在地不可接受的水平。
已经提出将诸如UHMW聚乙烯(UHMW-PE)的UHMW聚合物与填充材料结合在一起。然而，这种UHMW聚合物往往难以经过熔化并使用常规方法来加工。在制造基于UHMW-PE的部件中，归因于UHMW-PE的高熔化粘度，常规加工技术诸如注射成型、螺杆挤压(screwextrusion)和吹塑成型往往不合适。归因于UHMW-PE的高粘度，聚合物往往膨胀而不是熔化。已经提出了加工溶液的UHMW-PE的方法。例如，Bin等人在Polymer Journal,Vol.39,No6,pp 598-609(2007)公开了使用萘烷或石蜡作为溶剂制备UHMW-PE和多壁碳纳米管(MWNT)复合材料。然而，Bin等人所报道的MWNT载荷水平较低。此外，填充材料限于使用多壁碳纳米管。
因此，仍然需要备选的和/或改进的材料和方法来制备具有高热导率的并且可选地同时具有至少可接受的其他特性、诸如物理和/或机械特性的材料。如果所述材料适合用于熔融沉积成型和3D打印技术中，则也是合乎需要的。
发明内容
本发明的一个目的是克服这些问题，并且特别地，提供一种导热复合材料和一种制备包括复合材料或者由复合材料构成的制品或细丝的方法。实现高水平的热导率并且可选地实现可接受或改进的物理特性(诸如低密度)和/或可接受或改进的机械特性(诸如低水平脆性)将是有利的。
根据本发明的第一方面，这些和其他目的可以通过制备复合材料的方法来实现，该方法包括：
(a)形成包括溶剂、超高分子量聚合物和填充材料的复合物；
其中所述填充材料选自石墨、氮化硼、金属颗粒、金属氧化物颗粒、石墨薄片中的一种或多种；以及
其中所述溶剂包括萘烷、二甲苯、石蜡油、萘中的一种或多种；
(b)去除溶剂以形成所述复合材料；
其中所述填充材料以大于60wt％的量存在于该复合材料中；其中所述超高分子量聚合物以至少2wt％的量存在；
所述方法进一步包括：
(c)形成包括所述复合材料或由所述复合材料构成的制品或细丝；其中所述制品在熔融沉积成型工艺或3-D打印工艺中形成；
其中所述超高分子量聚合物选自超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯、超高分子量聚丙烯酸酯、超高分子量全同立构聚丙烯、超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
在第二方面，本发明提供了一种包括超高分子量聚合物和填充材料的复合材料，其中填充材料以大于60wt％，例如大于90wt％的量存在于复合材料中。根据本发明第二方面的复合材料可以从根据本发明的第一方面的方法获得或者是可获得的。
在本发明的第一方面的(a)中所形成的复合物表示本发明的另一方面。因此，在第三方面，本发明提供一种用于步骤(a)的复合物，该复合物包括溶剂、超高分子量聚合物和填充材料，其中所提供的用于形成复合材料的该填充材料的量包括大于60wt％的所述填充材料。在(a)中形成的复合物中，将超高分子量聚合物溶解在溶剂中以形成它们的溶液。填充材料可以是不溶的、部分可溶的或完全溶于溶剂中。添加或存在填充材料可以形成悬浮液。为了将UHMW聚合物溶解在溶剂中，可以加热复合物或溶剂。例如，复合物或溶剂可以加热到大于150℃。在本发明的方法方面，UHMW聚合物可以加入到溶剂中，和/或可以将溶剂加入到聚合物中以形成它们的溶液。一种或多种适用于超高分子量聚合物的溶剂包括一种或多种有机溶剂。
发明人惊奇地发现，通过经由其中UHMW聚合物和可选的填充材料处于溶液中的方法来制备复合材料，可以将高水平的填充材料(大于60wt％)并入到包括超高分子量聚合物的复合材料中。存在的填充材料可能产生悬浮液。生成的复合材料具有期望的传导性，并且可选地具有至少可接受的机械和/或物理特性，例如至少可接受的脆性和/或低密度水平。生成的复合材料也适用于形成细丝并且用于3-D打印和FDM。
术语“超高分子量聚合物”在本文中是指重均分子量为500,000至10,000,000的聚合物。该聚合物可以是热塑性聚合物。
术语“复合材料”在本文中是指由具有不同物理和/或化学特性的两种或更多种组分材料制成的材料，这两种或更多种组分材料在组合时产生具有不同于单独组分的物理和/或化学特性的材料。单独组分在复合材料内保持独立和相异。
根据本发明方法的一个优点，在于它适用于生产具有期望热导率(例如面内和/或垂直热导率)并具有高的填料载荷的柔性复合材料。根据本发明制备的复合材料通常也可以具有期望的孔隙率、密度和重量。
在其他方面，本发明提供了一种制品，例如固体制品，其由分别根据本发明的第一、第二和第三方面的方法或复合材料或复合物形成。合适的制品包括散热器和热管。该制品可以由该复合材料构成或包括该复合材料。根据本发明的复合材料、形成复合材料的方法和复合物适用于3-D打印工艺和熔融沉积成型(FDM)工艺。根据本发明的复合材料可以形成固体细丝或以固体细丝的形式提供。固体细丝可用于FDM或3-D打印工艺以形成制品。该制品可以是模具的形式。根据本发明，在3-D打印工艺或FDM工艺中，可能为细丝形式的复合材料可以被熔融、挤出和可选地层压。该制品可以是层压结构。
在本发明的另外的方面，填充材料的存在或量可以以vol％表示。因此，提供了一种制备复合材料的方法，包括：
(a)形成一种复合物，该复合物包括溶剂、超高分子量聚合物和填充材料；
(b)去除溶剂以形成所述复合材料；
其中该填充材料以大于30vol％的量存在于复合材料中。
本发明还提供了一种复合材料，该复合材料包括超高分子量聚合物和填料的复合材料，其中该填充材料以大于30vol％的量存在于复合材料中。该复合材料可以根据本发明的方法获得或根据本发明的方法而是可获得的。
本发明还提供一种用于步骤(a)的复合物，该复合物包括溶剂、超高分子量聚合物和填充材料，其中所提供的用于形成复合材料的填充材料的量包括大于30vol％的所述填充材料。
在本发明的方法方面，复合物可以由(或基本上由)超高分子量聚合物的溶液和填充材料构成。
应当注意，本发明涉及权利要求中所述的特征的所有可能的组合。
附图说明
现在将参照示出本发明的实施例的附图来更详细地描述本发明的这个和其他的方面。
图1示出了根据本发明的复合材料，其被用作FDM打印机的一部分以形成三维制品。
图2a和2b示出了使用FDM技术制备的根据本发明制成的制品。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，为了全面和完整性而提供这些实施例，并且将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。附图中相同的附图标记始终表示相同的元件。
本发明人已经发现，高水平的填充材料(例如大于60wt％，或例如大于30vol％)可以并入包含超高分子量聚合物的复合材料。该复合材料具有期望的传导性和可选地至少可接受的机械和/或物理特性，例如至少可接受的脆性和/或密度水平。
在本发明的示例中，填充材料可以是颗粒状填充材料的形式，可以如前所述是增加超高分子量聚合物的热导率的任何合适的材料。例如，填充材料可以从以下的一种或多种中选择：金属颗粒、石墨、石墨薄片、氮化硼。金属颗粒可以从以下的一种或多种中选择：铝、铜、合金(例如青铜)、金属化合物(例如金属氧化物)。合适的金属氧化物的示例是氧化铝。填充材料可以是单向导体。填充材料可以从一种或多种的延性金属中选择，例如填料可以从锡或铜中的一种或多种中选择。
基于复合材料的干组分的总重量，所包括的填充材料的量可以大于60wt％。例如，所包括的填充材料的量大于70wt％、诸如大于80wt％、诸如大于85wt％、诸如大于90wt％、诸如至少95wt％，均基于复合材料的干组分的总重量。基于复合材料的干组分的总重量，所包括的填充材料的量可以高达98wt％，或高达95wt％。
存在的填充材料可以以vol％表示。如此，基于复合材料的干组分的总体积，所包括的填充材料的量可以大于30vol％。例如，所包括的填充材料的量可以大于35vol％、诸如大于40vol％、诸如大于42vol％、诸如大于45vol％、诸如至少47vol％，均基于复合材料的干组分的总体积。基于复合材料的干组分的总体积，所包括的填充材料的量可以高达50vol％，或高达47vol％。在本发明的实施例中，填充材料可以包括石墨或由石墨构成(石墨例如为石墨薄片)，基于复合材料的干组分的总体积，石墨在包括超高分子量聚合物(例如聚乙烯)的复合物中的量为45vol％至50vol％。
填充材料可以以一系列形状中的一种或多种形状的颗粒形式存在，例如纤维、细长纤维、板状颗粒、球形颗粒、不规则形状的颗粒。给定颗粒的最大尺寸可以是10μm到500μm。
超高分子量聚合物可以包括超高分子量聚乙烯、或超高分子量聚丙烯、或超高分子量聚丙烯酸酯(例如超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯)中选择，或者从它们中选择。聚丙烯可以是全同立构的。超高分子量聚合物的重均分子量为500,000至10,000,000。
基于复合材料的干组分的总重量，所包括的超高分子量聚合物的量可以至少2wt％。例如，所包括的填充材料的量可以至少5wt％，诸如至少10wt％，诸如至少15wt％，诸如至少20wt％，诸如至少25wt％，均基于复合材料的干组分的总重量。基于复合材料的干组分的总重量，所包括的超高分子量聚合物的量可以高达30wt％，或高达39wt％，或少于40wt％。所包括的超高分子量聚合物的量可以使得基于复合材料的干组分的总重量，填料和超高分子量聚合物的总量为100％。
该溶剂适于溶解用于本发明的超高分子量聚合物。超高分子量聚合物或聚合物可以至少部分地或完全地溶解在溶剂中并形成它们的溶液。为了溶解UHMW聚合物，(a)中的复合物可以被加热。可以搅拌(a)中的复合物。溶剂可以在与UHMW聚合物和/或填充材料组合之前和/或期间加热。例如，可将溶剂加热至大于150℃。复合物可以被加热到大于150℃。填充材料可以在溶剂中至少一定程度地溶解，但是至少一些填充材料可以保持悬浮或未溶解。一种或多种合适的溶剂可以取决于超高分子量聚合物的性质，并且在一定程度上取决于填充材料。溶剂可以是单一溶剂或者包括一种以上的溶剂。如前所述，适用于超高分子量聚合物的一种或多种溶剂可包括一种或多种有机溶剂。例如，如前所述，一种或多种合适的溶剂可以选自一种或多种非极性溶剂。例如，一种或多种合适的溶剂可以选自一种或多种的萘烷、二甲苯、石蜡油、萘。一种或多种溶剂的沸点可以高于150℃。可以通过蒸发或萃取在步骤(b)中去除溶剂。可以通过应用加热在步骤(b)中去除溶剂。在步骤(b)中去除溶剂之后，可以进一步干燥复合材料。
根据本发明的实施例制备的复合材料可以具有在2W/mK至100W/mK范围内的面内热导率。根据本发明的实施例制备的复合材料可以具有在至少10W/mK或至少35W/mK范围内的面内热导率。面内热导率通过复合材料中填料的压力诱导取向来测量。根据本发明的实施例制备的使用石墨填料的复合材料，可以具有在2W/mK至100W/mK范围内的面内热导率。根据本发明的实施例制备的使用石墨填料的复合材料，可以具有在至少10W/mK或至少35W/mK范围内的面内热导率。通过复合材料中石墨薄片的压力诱导取向来测量面内热导率。
根据本发明的实施例制备的复合材料可以具有在1W/mK至30W/mK范围内的热导率(垂直)。根据本发明的实施例制备的复合材料可以具有在至少4W/mK或至少8W/mK范围内的热导率(垂直)。根据本发明的实施例制备的使用石墨的复合材料，可以具有在1W/mK至30W/mK的范围内的热导率(垂直)。根据本发明的实施例制备的使用石墨的复合材料，可以具有在至少4W/mK或至少8W/mK的范围内的热导率(垂直)。热导率(垂直)通过压力取向样品测量。使用热导率分析仪来执行测量。该技术包括使用单面的、界面的、热反射率传感器，该传感器向样品施加瞬时、恒定的热源。可直接测量热导率和蓄热系数(thermal effusivity)，从而提供样品材料的热特性的详细概览。
根据本发明的实施例制备的复合材料可以具有5％至30％或5％至15％或10％至25％范围内的孔隙率。通过测量复合材料的质量和体积并且将它与假定零孔隙率的理论密度值进行比较来估计复合材料的孔隙率。
根据本发明的实施例制备的复合材料可以具有在1g/cm3至5g/cm3范围内的密度，例如1g/cm3至2g/cm3。根据本发明的实施例制备的复合材料可以具有小于5g/cm3，例如小于2g/cm3的密度。复合材料的密度通过测量复合材料的重量和体积并通过使用材料的理论预期密度来测量。
根据本发明的各个方面，本文描述的方法、复合材料和/或复合物(composition)可以与熔融沉积成型工艺或3-D打印工艺组合使用。本文所述的方法、复合材料和/或复合物可用于制造制品的层压技术。根据本发明获得的复合材料的细丝可用于制造层压结构或制品。在成型和/或打印工艺中和/或之后，可以例如通过蒸发和/或加热来减少或去除溶剂。溶剂的减少和/或去除导致溶液的粘度增加。在熔融沉积成型工艺中，热塑性细丝可以被加热到它的熔点然后被挤出。然后可以逐层地沉积挤出的细丝以产生三维物体或制品。物体或制品可以通过层压技术形成，从而使用加热层压机将挤出的细丝的层压在一起。
本发明提供一种制备复合材料的方法，包括：
(a)形成一种包含溶剂、超高分子量聚合物和填充材料的复合物，其中至少将超高分子量聚合物溶解在所述溶剂中以形成它们的溶液；
(b)去除溶剂以形成所述复合材料；其中所述填充材料以大于60wt％的量存在于该复合材料中；
(c)还包括形成一制品，该制品包括复合材料或由复合材料组成，并且其中该制品在熔融沉积成型工艺或3-D打印工艺中形成；
其中可选地，溶剂选自一种或多种的萘烷、二甲苯、石蜡油、萘，并且可选地，其中填充材料选自石墨、氮化硼、金属颗粒、金属氧化物颗粒、石墨薄片中的一种或多种，并且可选地其中超高分子量聚合物的存在量小于40wt％，例如高达39wt％，并且至少2wt％或至少5wt％。本发明还提供可从所述方法可获得的一种复合材料。
图1示出了一种装置(100)，该装置(100)包括根据本发明的复合材料(10)(或复合物)的细丝，其被用于通常以(150)指示的FDM打印机的一部分中。FDM打印机包括相对于彼此反向旋转的驱动轮(15a、15b)，加热打印头(20)和加热平台(25)。加热平台可以如(30)指示的升高或降低。在图1中，示出了复合材料(10)的细丝通过由两个驱动轮(15a和15b)之间的间隙形成的毛细管(35)供给。所示的驱动轮(15a、15b)分别以顺时针和逆时针运动旋转。复合材料(10)的细丝可以包括一些溶剂以便帮助加工。溶剂可以是来自根据本发明的用于制造复合材料的方法中的残留溶剂，和/或溶剂可以包含与复合材料组合的新鲜溶剂。在通过驱动轮(15a、15b)之后，复合材料(10)的细丝被引导通过加热的打印头(20)。复合材料(10)的细丝在它通过打印头(20)时被加热，并且当它从加热的打印头(20)喷射时，该复合材料(10)的细丝的厚度或直径通常将减小，如(40)所示。加热的细丝(40)沉积在加热的平台(25)上，加热的打印头(20)和加热的平台(25)的上表面(35)之间的距离是可调节的，如(30)所示。加热的打印头(20)可以相对于被加热的平台(25)沿各种方向(由“x”和“y”所指示)移动，反之亦然。“y”方向指示朝向页面平面的方向，并且大致与“x”所示的方向成直角。除了“x”和“y”方向以外的方向也是可能的。可以以这种方式制造具有一系列形状的一系列制品。可以使用层压机(未示出)将包含多个层的沉积复合材料(50)压在一起。层压机可以被加热。然后可以将沉积的(层压的)材料冷却。
根据本发明的方法和复合物还可以包括使用添加剂材料。这些附加材料可能会减少打印和/或成型所需的时间量。合适的添加剂材料的示例可以选自一种或多种的烯烃，例如低分子量烯烃。烯烃可以选自一种或多种的直链烯烃，例如一种或多种C2-C18直链烯烃。
根据本发明的复合材料和复合物适用于形成制品。合适制品的示例是散热器、热管、层压结构。在形成制品之前，根据本发明的复合材料可以是细丝形式，其可选地存在于残留的溶剂中。为了用于3D打印技术或FDM工艺，细丝通常是热塑性细丝。在本发明的实施例中，填料可以由一种或多种延性金属(例如锡或铜)提供，后者可以是颗粒形式。可以将压力应用到包括一种或多种延性金属的复合物或复合材料，以将它们压在一起形成制品。
示例
发明人研究了根据本发明方法的实施例制备的包含UHMW聚合物的复合材料的热导率(面内和垂直)以及孔隙率和密度。发明人还研究了与复合材料的形成有关的示例性填充材料以及它的用量、溶剂类型和温度。
在示例中，将UHMW聚乙烯(重均分子量6000000，密度0.95g/cm3；Hostalen Gur)石墨薄片(密度2.16g/cm3，10目(mesh)；Alfa Aesar)，氮化硼(密度2.1g/cm3，Henze，
Figure GDA0002536272020000101
501)。
示例1：用石墨制备填充的UHMW-PE
制备包含1g UHMW聚乙烯(聚合物)，10g石墨和89g萘烷(十氢化萘)的溶液。将聚合物溶解在150℃以上的溶剂中。将溶液加热并且剧烈搅拌。将溶液冷却，通过蒸发萃取溶剂，得到聚合物和石墨的复合物。复合材料(或经填充的聚合物)包含91wt％的石墨颗粒和9wt％的聚合物，后者相当于18％体积的聚合物。在示例1中形成的复合材料随后在FDM打印机中进行加工，产生的制品如图2a所示。将复合材料加热至它的熔点并且在辊之间挤出并且经由加热的打印头沉积到加热的平台上。使用加热层压机将沉积的复合材料层按压在一起。
示例2：用石墨制备填充的UHMW-PE
制备包含0.5g UHMW聚乙烯(聚合物)，10g石墨和49g萘烷(十氢化萘)的溶液。将聚合物溶解在150℃以上的溶剂中。将溶液加热并且剧烈搅拌。将溶液冷却，通过蒸发萃取溶剂，得到聚合物和石墨的复合物。复合材料(或经填充的聚合物)包含95wt％的石墨颗粒和5wt％的聚合物，后者相当于10％体积的聚合物。
示例3：用氮化硼制备填充的UHMW-PE
制备包含1g UHMW聚乙烯(聚合物)，10g氮化硼(BN)和89g萘烷(十氢化萘)的溶液。将聚合物溶解在150℃以上的溶剂中。将溶液加热并且剧烈搅拌。将溶液冷却，通过蒸发萃取溶剂，得到聚合物和氮化硼的复合物。复合材料(或经填充的聚合物)包含91wt％的氮化硼和9wt％的聚合物，后者相当于18％体积的聚合物。在示例3中形成的复合材料在FDM打印机中进行加工，产生的制品如图2b所示。将复合材料加热至它的熔点并在辊之间挤出，并且经由加热的打印头沉积到加热的平台上。使用加热层压机将沉积的复合材料层按压在一起。
表1：与示例1-3相关的传导率、孔隙率和密度的测量
Figure GDA0002536272020000111
Figure GDA0002536272020000121
从表1显而易见的，复合材料的热导率是高度各向异性的，并且可以通过改变复合材料中的聚合物和/或填料的量来定制。此外，复合材料是高度多孔的，其导致密度降低并且因此重量降低。
本领域技术人员意识到本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。例如，具有各向同性传导率的颗粒(例如金属颗粒)可以并入本发明的各个方面。
此外，通过研究附图，公开内容和所附权利要求，本领域的技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的变化。在权利要求中，“包括”一词并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中列举某些特征的仅有事实并不表示这些特征的组合不能被有利地使用。
为避免疑问，本申请涉及在以下编号段落中描述的主题：
段落1.一种制备复合材料的方法，包括：
(a)形成包括溶剂、超高分子量聚合物和填充材料的复合物，其中至少将所述超高分子量聚合物溶解在所述溶剂中以形成它们的溶液；
(b)去除所述溶剂以形成所述复合材料；
其中所述填充材料以大于60wt％的量存在于所述复合材料中。
段落2.根据段落1的方法，其中在(a)中，所述填充材料以悬浮液的形式存在。
段落3.根据段落1所述的方法，其中所述填充材料以大于80wt％的量存在。
段落4.根据段落1所述的方法，其中所述超高分子量聚合物选自超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯、超高分子量聚丙烯酸酯、超高分子量全同立构聚丙烯、超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
段落5.根据段落1所述的方法，其中所述溶剂选自萘烷、二甲苯、石蜡油、萘中的一种或多种。
段落6.根据段落1所述的方法，其中所述填充材料选自石墨、氮化硼、金属颗粒、金属氧化物颗粒、石墨薄片中的一种或多种。
段落7.一种复合材料，该复合材料包含超高分子量聚合物和填充材料，其中所述填充材料以大于60wt％或大于80wt％的量存在于所述复合材料中。
段落8.根据段落7所述的复合材料，其中所述超高分子量聚合物选自超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯、超高分子量聚丙烯酸酯、超高分子量全同立构聚丙烯、超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
段落9.根据段落7的复合材料，其中所述填料选自石墨、氮化硼、金属颗粒、金属氧化物颗粒、石墨薄片中的一种或多种。
段落10.一种用于段落1的步骤(a)中的复合物，其中用于形成所述复合材料所提供的所述填充材料的量包括大于60wt％的所述填充材料。
段落11.根据段落10所述的复合物，其中所述超高分子量聚合物选自超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯、超高分子量聚丙烯酸酯、超高分子量全同立构聚丙烯、超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种，所述填充填料选自石墨、氮化硼、金属颗粒、金属氧化物颗粒、石墨薄片中的一种或多种，所述溶剂选自一种或多种的十氢萘、二甲苯、石蜡油、萘，并且其中用于形成所述复合材料所提供的所述填充材料的量包括大于80wt％的所述填充材料。
段落12.根据段落1所述的方法，还包括形成细丝或制品。
段落13.根据段落1所述的方法，还包括形成制品，所述制品包括所述复合材料或由所述复合材料构成，并且其中所述制品在熔融沉积成型工艺或3-D打印工艺中形成。
段落14.一种制品，由根据段落7的复合材料形成或包括根据段落7的复合材料。
段落15.根据段落14所述的制品，其中所述制品是层压结构。

Claims (16)

1.一种制备制品的方法，所述制品包括复合材料或者由复合材料构成，所述方法包括：
(a)形成包括溶剂、超高分子量聚合物和填充材料的复合物，其中至少将所述超高分子量聚合物溶解在所述溶剂中以形成它们的溶液；以及
其中所述填充材料选自石墨、氮化硼、金属颗粒、金属氧化物颗粒、石墨薄片中的一种或多种；以及
其中所述溶剂包括萘烷、二甲苯、石蜡油、萘中的一种或多种；
(b)去除所述溶剂以形成所述复合材料；
其中所述填充材料以大于60wt％的量存在于所述复合材料中；其中所述超高分子量聚合物以至少2wt％的量存在；
所述方法进一步包括：
(c)形成包括所述复合材料或由所述复合材料构成的制品；其中所述制品在熔融沉积成型工艺或3-D打印工艺中形成；
其中所述超高分子量聚合物选自超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯、超高分子量聚丙烯酸酯、超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述超高分子量聚丙烯是超高分子量全同立构聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中，所述填充材料以悬浮液的形式存在。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述填充材料以大于80wt％或大于90wt％的量存在。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂包括一种或多种有机溶剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述超高分子量聚合物以小于40wt％并且至少2wt％的量存在。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述超高分子量聚合物以小于40wt％并且至少5wt％的量存在。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述超高分子量聚合物以高达39wt％的量存在。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述复合物由超高分子量聚合物的溶液和所述填充材料构成，或基本上由超高分子量聚合物的溶液和所述填充材料构成。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述制品包括细丝。
11.一种复合材料在熔融沉积成型工艺或3-D打印工艺中的用途，所述复合材料包括超高分子量聚合物和填充材料，其中所述填充材料以大于90wt％的量存在于所述复合材料中，以及其中所述填充材料适于增加所述超高分子量聚合物的热导率，并且其中所述复合材料为细丝的形式；
其中所述超高分子量聚合物选自超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯、超高分子量聚丙烯酸酯、超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；
其中所述填充材料选自石墨、氮化硼、金属颗粒、金属氧化物颗粒、石墨薄片中的一种或多种；
其中所述超高分子量聚合物以至少2wt％的量存在。
12.根据权利要求11所述的用途，其中所述超高分子量聚丙烯是超高分子量全同立构聚丙烯。
13.一种用于熔融沉积成型工艺或3-D打印工艺的细丝，包括复合材料，其中所述复合材料包括超高分子量聚合物和填充材料，其中所述填充材料以大于90wt％的量存在于所述复合材料中；
其中所述填充材料选自石墨、氮化硼、金属颗粒、金属氧化物颗粒、石墨薄片中的一种或多种；以及
其中所述超高分子量聚合物选自超高分子量聚乙烯、超高分子量聚丙烯、超高分子量聚丙烯酸酯、超高分子量聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；
其中所述超高分子量聚合物以至少2wt％的量存在。
14.根据权利要求13所述的细丝，其中所述超高分子量聚丙烯是超高分子量全同立构聚丙烯。
15.一种制品，由根据权利要求13所述的细丝形成，或者包括根据权利要求13所述的细丝。
16.根据权利要求15所述的制品，其中所述制品是层压结构。
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