CN114687001A - 定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用 - Google Patents

定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，包括纺丝原液的配制、凝固浴的配制、凝固和牵伸定型；将改性氮化硼与热塑性嵌段共聚物配制成纺丝原液，通过调控纺丝原液中的固液配比、凝固浴中氮化硼纳米片的含量、牵伸速度和纺丝温度，对聚合物分子链和填料粒子进行最优化的方向性诱导作用，制得导热绝缘复合纤维；并结合多轴向立体编织技术，实现在轴向或径向上高导热绝缘复合材料的制备。本发明采用特殊的溶剂体系，与纺丝参数进行协同调节，调控了纤维成型过程中相转化速率，同时使凝固浴中的氮化硼纳米片规律的分布在复合纤维的表层，形成内外高导复合纤维；且复合纤维膜具有高导热性、高绝缘性、不失柔性、力学性能好的优点。

Description

定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用。
背景技术
“5G时代”的到来给传统导热材料带来了新的挑战和契机，5G基站在发射功率、发射带宽、频率、用户连接处较4G有很大的提升，但5G电路的晶体管越做越小，会导致发生漏电现象增加；这就意味着相较于4G而言，5G设备所要产生热量是4G设备的3倍多。因此，5G技术的发展、芯片的小型化与多功能化给传统导热绝缘材料提出了更高的要求。氮化硼作为近年研究的热门材料，其面内导热性能不可小觑，而面间导热系数远不及面内，故在复合材料成型制备的过程中对氮化硼的取向至关重要。实现氮化硼平面的规则排列，可以极大的提高复合材料的热导率。氮化硼纳米片是少层片层堆积的结构，而对大块氮化硼的剥离是提高氮化硼纵横比的重要方法，剥离对减少氮化硼纳米片之间的声子散射，提高热量的传递具有重要意义。
中国发明专利(申请号为CN202111236548.2)公开了一种高导热氮化硼/聚氨酯导热复合材料及制备方法，将氮化硼纳米片加入溶剂制备成氮化硼纳米片分散液，并将其均匀喷涂在加热的聚氨酯热熔胶网膜表面，再进行热压得到氮化硼/聚氨酯导热复合材料；该方法将氮化硼纳米片作为高导热粒子，提高了复合材料的导热性和电绝缘性能；但是将氮化硼纳米片仅仅以热压的方式在聚氨酯的表面进行复合，其导热性能不理想，且聚氨酯基体的力学性能受到影响，导致复合材料失去柔性，不利于材料的应用。发明专利(申请号为CN202010394109.3)公开了一种绝缘性的高导热改性聚氨酯薄膜及其制法，通过将氮化硼进行改性，得到二异氰酸酯基纳米氮化硼，并在聚酰亚胺的协同作用下，引入到聚氨酯基体中，赋予聚氨酯薄膜材料绝缘性能和导热性能；但是该方法的聚氨酯薄膜材料中分子链和氮化硼的取向杂乱、影响材料的导热效果，且工艺复杂，制备过程中采用较多试剂，成本较高。因此，为了满足实际应用的要求，在制备具有高导热特性和绝缘性能的材料时，需要对材料的柔性、材料厚度、适用的温度、其他力学性能等进行协同。
有鉴于此，有必要设计一种改进的定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，通过将高填充量的改性氮化硼与热塑性嵌段共聚物基体配制成纺丝原液，调控纺丝原液中的固液配比、凝固浴中氮化硼纳米片的含量、牵伸速度和纺丝温度，对聚合物分子链和填料粒子进行最优化的方向性诱导作用，制得定向导热绝缘复合纤维；并结合多轴向立体编织技术，实现在轴向或径向上高导热绝缘复合材料的制备。本发明的制备方法简单，制备的复合纤维和复合纤维膜具有导热性高、绝缘性高、柔性好、强度高的优点；突破了传统导热复合材料单一方向上导热的瓶颈，为多方向柔性导热材料的制备提供了新的思路。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，其中，一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、纺丝原液的配制：所述纺丝原液的溶质包括热塑性嵌段共聚物和改性的氮化硼，溶剂为二元溶剂体系，所述热塑性嵌段共聚物包括硬链段和软链段；
S2、凝固浴的制备：所述凝固浴包括氮化硼纳米片以及N,N-二甲基乙酰胺和水；
S3、凝固和牵伸定型：将步骤S1中的所述纺丝原液通过纺丝计量泵得到初生丝，并通过牵伸作用在步骤S2的所述凝固浴中凝固成型，然后加热定型和干燥，得到所述定向导热绝缘复合纤维。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述纺丝原液中的总固体含量占比为20％～30％；所述热塑性嵌段共聚物与所述改性的氮化硼的质量比为3∶2。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述氮化硼纳米片的质量分数为1％～5％；所述N,N-二甲基乙酰胺和水的体积比为1:(18～24)。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述二元溶剂体系包括N,N-二甲基乙酰胺和溶剂B；所述溶剂B为所述热塑性嵌段共聚物的不良溶剂，且与所述N,N-二甲基乙酰胺互溶，不溶于水；所述N,N-二甲基乙酰胺和所述溶剂B的质量比为1:(0.6～1.0)。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述牵伸作用的牵伸比为1:(1.1～1.8)；所述加热定型的温度为60～80℃。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述热塑性嵌段共聚物为聚氨酯类共聚物。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述改性的氮化硼为硅烷偶联剂改性的氮化硼，以提高所述氮化硼与所述热塑性嵌段共聚物的相容性；所述氮化硼包含完全分离的单片层氮化硼纳米片和多片层氮化硼纳米片；所述硅烷偶联剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
一种定向导热绝缘复合纤维的应用，将上述任一项所述的定向导热绝缘复合纤维用于制备定向导热绝缘复合纤维膜。
作为本发明的进一步改进，制备定向导热绝缘复合纤维膜，具体包括以下步骤：
S11、对所述定向导热绝缘复合纤维进行成型处理，使其纤维在多方向上排列；
S22、将步骤S1中成型处理后的复合纤维进行热压处理，得到所述定向导热绝缘复合纤维膜；所述热压处理的温度为80～100℃，压力为5～20MPa，热压时间为3～10min。
作为本发明的进一步改进，在步骤S11中，所述成型处理的方式包括：平纹、斜纹或缎纹的平面机织物的成型、铺层织物、2.5D角联锁立体机织物的成型或3D立体多轴向编织物的成型方式中的一种。
本发明的有益效果是：
1、本发明的一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法，该方法包括纺丝原液的配制、凝固浴的配制、凝固和牵伸定型的一系列工艺。通过将高填充量的改性氮化硼与热塑性嵌段共聚物基体复合配制成纺丝原液，调控纺丝原液中的固液配比、凝固浴中氮化硼纳米片的含量、牵伸速度和纺丝温度，对聚合物分子链和填料粒子进行最优化的方向性诱导作用，制备得到定向导热绝热复合纤维；并结合多轴向立体编织技术，实现在轴向或径向上高导热绝缘复合材料的制备。本发明采用湿法纺丝的方法，在纺丝成型过程中实现热塑性嵌段共聚物分子链和氮化硼的同步取向，采用特殊的溶剂体系，并与纺丝参数进行协同，调控了湿法成型过程中相转化速率；同时，有利于凝固浴中的氮化硼纳米片规律的分布在复合纤维的表层，形成内外高导的复合纤维，且为制备由特定方向导热的复合材料提供了方法。
2、本发明通过在制备纺丝原液时加入改性的氮化硼，并通过控制固含量，提高了氮化硼和热塑性嵌段共聚物的相容性，增加氮化硼与热塑性嵌段共聚物分子链间相互作用，在纤维内部形成了导热网络。同时在凝固浴中添加氮化硼纳米片，在纤维凝固定型时，通过调控牵伸比和纺丝温度，利用纺丝原液和凝固浴的特殊溶剂体系，使凝固浴中的氮化硼纳米片在相置换的过程中更好的嵌入到纤维的表面，与纤维内层的氮化硼结构相连，形成内外导热网络，提高导热效果。另外，纤维外层的氮化硼纳米片层沿着拉伸方向排列，同时共聚物的分子链沿牵伸方向取向，有利于带动氮化硼片层结构取向规整排列，进一步增加了氮化硼纳米片层间的导热率；且复合纤维在应用时经过纤维织造，结合内部和外部导热网络结构，构建出了具有三维导热网络结构的复合纤维膜，使得其具有高导热性和高绝缘性。
3、本发明以热塑性嵌段共聚物、优选聚氨酯作为复合材料的基体，满足了实际应用对柔性的需求；另外由于聚氨酯本身的特征还赋予的复合材料如耐磨抗菌等性能。对其进行湿法纺丝时，可以对分子链进行取向，调控聚氨酯的聚集态结构而减少了声子的散射，实现在分子链沿纵向的有序排列，有利于热量的传递。本发明的工艺流程步骤简单、对反应温度要求低、适合工业大规模制备，对于如何简单、高效、快速地制备高导热绝缘复合纤维和具有特定方向导热结构的复合膜具有重要的应用意义。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的定向导热绝缘复合纤维的红外光谱图。
图2为本发明实施例1制备的定向导热绝缘复合纤维膜的电镜图。
图3为本发明实施例1的定向导热绝缘复合纤维模型图。
图4为本发明实施例1的定向导热绝缘复合纤维的铺层方式模型图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
S1、纺丝原液的配制；纺丝原液包括含有热塑性嵌段共聚物和改性的氮化硼，溶剂为二元溶剂体系；热塑性嵌段共聚物包括硬链段和软链段；纺丝原液中的总固体含量占比为20％～30％；热塑性嵌段共聚物与由硅烷偶联剂改性的氮化硼的质量比为3∶2；
S2、凝固浴的制备；凝固浴包括氮化硼纳米片以及溶剂N,N-二甲基乙酰胺和水；氮化硼纳米片的质量分数为1％～5％；N,N-二甲基乙酰胺和水的体积比为1:(18～24)；
其中，凝固浴中氮化硼纳米片的质量分数为1％～5％，氮化硼纳米片面含量的变化，可以调控所制备复合纤维表层纳米片的含量；理论上氮化硼纳米片含量越多，则纳米片接触的几率就越大，对导热性有益，但是氮化硼纳米片含量过多时对导热性效益的影响不明显；所以从工艺成本的角度，限定氮化硼纳米片的质量分数为1％～5％。另外，本发明将导热填料氮化硼纳米片分为两部分引入纤维中，一部分均匀的分散在纺丝原液中，进入纤维内部，形成内部导热网络；另一部分则在凝固浴中，在纤维凝固成型时，附着于纤维的表面形成外层导热结构，不仅提高氮化硼片层间的导热率，还与纤维内部的氮化硼导热结构形成连接，大大提高了复合纤维的导热性能；
S3、凝固和牵伸定型；将步骤S1中的纺丝原液通过纺丝计量泵得到初生丝，并通过牵伸作用在步骤S2的凝固浴中凝固成型，然后加热定型和干燥，得到定向导热绝缘复合纤维；加热定型的温度为60～80℃；牵伸处理的牵伸比为1:(1.1～1.8)。
具体地，纤维的凝固和牵伸定型工艺对制备的复合纤维的导热和绝缘性能有很大的影响。牵伸倍数可以调控原液中和纤维表层氮化硼的取向排列，使氮化硼纳米片层沿着拉伸方向排列，提高氮化硼片层间的导热率；纺丝温度则直接调控纤维高分子链成型的速度，即相置换的速率，相置换的速率与牵伸倍数进行协同配合，使氮化硼纳米片是平行于纤维轴向排列，进而提高氮化硼纳米片在复合纤维中的导热性能；
特别地，在步骤S1中，二元溶剂体系包括N,N-二甲基乙酰胺和溶剂B；溶剂B为热塑性嵌段共聚物的不良溶剂，且与N,N-二甲基乙酰胺互溶，不溶于水；N,N-二甲基乙酰胺和溶剂B的质量比为1:(0.6～1.0)。N,N-二甲基乙酰胺在纺丝原液中的作用为溶解热塑性嵌段共聚物，溶剂B可降低溶剂体系粘度，促进热塑性嵌段共聚物软链段的溶解。在凝固时，凝固浴中的N,N-二甲基乙酰胺可降低纺丝原液中N,N-二甲基乙酰胺和溶剂B的混合物与凝固浴液体的交换速率，有利于纤维紧密结构的形成；在凝固定型过程中，N,N-二甲基乙酰胺还具有微溶纤维表面的作用，有利于氮化硼纳米片在相置换的过程中嵌入到纤维的表面。此外，纺丝原液中的溶剂B在相置换过程中，由于其与水的不互溶以及与N,N-二甲基乙酰胺的互溶特性，会降低相置换速率，从而利于嵌段共聚物中软段的迁移和排列，有利于形成相对结构紧密，且无皮芯结构的复合纤维。
在一些具体的实施例中，热塑性嵌段共聚物为聚氨酯时，纺丝原液的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和甲苯/丙酮，甲苯或丙酮均为聚氨酯的不良溶剂，起到降低溶剂体系的粘度，促进聚氨酯溶解的作用。
在本发明的纺丝原液和凝固浴的溶剂体系下，牵伸速度和纺丝温度共同调控分子链的排列，因为氮化硼纳米片层结构总体含固量比较高，热塑性嵌段共聚物的分子链多缠绕着纳米片层，牵伸速率较快时，有利于分子链沿着牵伸方向取向，同时有利于分子链带动氮化硼纳米片层结构取向规整排列。另外，此工艺可扩宽纺丝温度的范围，当纺丝温度升高时，分子链中的硬段由于相置换，会优先快速的沉淀，降低了硬段的活动度；虽然热塑性嵌段共聚物分子链中的硬链段活动度有所下降，但是软链段仍具有一定的活动空间，软链段的这种活动在牵伸的作用力下，一方面可以伸长取向排列，另一方面带动氮化硼纳米片层结构取向有序排列，形成整体有序排列的结构，提高复合材料的导热性能。
优选地，本发明优选聚氨酯作为基体，不仅满足了实际应用对复合材料柔性的需求；另外，由于聚氨酯本身的特征，还赋予的纤维如耐磨耐化学性等性能。对聚氨酯进行湿法纺丝时，可以对分子链进行取向，调控聚氨酯的聚集态结构而减少了声子的散射，实现在分子链沿纵向的有序排列，有利于热量的传递。本发明的工艺流程步骤简单、对反应温度要求低、适合工业大规模制备，对于如何简单、高效、快速地制备具有特定方向导热结构的复合膜具有重要的应用意义。
在具体的实施例中，在步骤S1中，改性的氮化硼为硅烷偶联剂改性的氮化硼，以提高氮化硼与热塑性嵌段共聚物的相容性；氮化硼包含完全分离的单片层氮化硼纳米片和多片层氮化硼纳米片；硅烷偶联剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
一种定向导热绝缘复合纤维的应用，将上述任一项的定向导热绝缘复合纤维用于制备定向导热绝缘复合纤维膜。具体包括以下步骤：
S11、对定向导热绝缘复合纤维进行成型处理，使其纤维在多方向上排列；
S22、将步骤S1中成型处理后的复合纤维进行热压处理，得到定向导热绝缘复合纤维膜；热压处理的温度为80～100℃，压力为5～20MPa，热压时间为3～10min；热处理的温度不高、时间较短，如此，可在不损害其力学性能的前提下，将纤维复合得到定向导热绝缘复合纤维膜。
在实际应用中，成型处理的方式包括：平纹、斜纹或缎纹的平面机织物的成型、铺层织物、2.5D角联锁立体机织物的成型或3D立体多轴向编织物的成型方式中的一种；具体通过纤维编织的方式，将热塑性嵌段共聚物/氮化硼复合纤维进行织造，结合了复合纤维内部导热网络和外层的导热网络结构，构建出了一种三维导热网络结构复合纤维膜，使复合膜具有高导热性和高绝缘性，同时又不丧失柔性的功效。
实施例1
本实施例提供了一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，包括以下步骤
S1、纺丝原液的配制；纺丝原液溶剂包括含有聚氨酯的二元溶剂体系和由3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性的氮化硼；纺丝原液中的总固体含量占比为30％；聚氨酯与氮化硼的质量比为3:2；二元溶剂体系包括N,N-二甲基乙酰胺和甲苯，两者的质量比为1:0.8；
S2、凝固浴的制备；凝固浴包括质量分数为5％的氮化硼纳米片，以及体积比为1:20的溶剂N,N-二甲基乙酰胺和水；
S3、凝固和牵伸定型；将步骤S1中的纺丝原液通过纺丝计量泵得到初生丝，并通过牵伸作用在步骤S2的凝固浴中凝固成型，然后加热定型和干燥，得到定向导热绝缘复合纤维；加热定型的温度为60℃；牵伸比为1:1.5；
S4、成型处理；对步骤S3得到的复合纤维通过铺层的方式形成3D立体织物，使其纤维在多方向上排列；
S5、热压处理；将步骤S4中编织好的复合纤维进行热压处理，得到定向导热绝缘复合纤维膜；其中热压处理的温度为100℃，压力为15MPa，热压时间为5min。
请参阅图1～图4所示，图1为实施例1制备的定向导热绝缘复合纤维的红外光谱图，从图1中可以看出，红外光谱中的3313cm-1左右代表的峰为O-H、N-H伸缩振动峰，1312cm-1、765cm-1分别为B-N的伸缩振动峰和弯曲振动峰，表明该复合纤维中存在氮化硼。图2为本发明实施例1制备的定向导热绝缘复合纤维膜的电镜图，图中可以明显看到氮化硼片层结构，包括垂直结构和平行结构等。图3为本发明实施例1的定向导热绝缘复合纤维模型图，氮化硼纳米片以取向结构存在于复合纤维中。图4为本发明实施例1的定向导热绝缘复合纤维的铺层方式模型图，本实施的复合纤维通过铺层的方式形成3D立体织物，其纤维在多方向上排列。
对实施例1制得的定向导热绝缘复合纤维膜进行力学性能和导热性能的测试。其中，力学性能的测试采用电子万能强力试验机进行测试，测量参数包括拉伸强度和断裂伸长率，每个样品测量30次，取平均值；力学性能的测试采用电子万能强力试验机进行测试，测量参数包括拉伸强度和断裂伸长率，每个样品测量30次，取平均值。
实施例1所制备的复合纤维膜的拉伸强度为16.65MPa，断裂伸长率为568％，热导率为0.741W/(m·K)，电阻率为5.4×1015Ω·cm。
实施例2～3
实施例2～3提供了一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，与实施例1相比，不同之处在于，实施例2～3在步骤S2中，氮化硼纳米片的添加量分别为3％、1％；其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例4～5
实施例4～5提供了一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，与实施例1相比，不同之处在于，实施例4～5在步骤S1中，N,N-二甲基乙酰胺和甲苯，两者的质量比分别为1:0.6和1:1.0；其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例6～7
实施例6～7提供了一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，与实施例1相比，不同之处在于，实施例6～7在步骤S3中，加热定型的温度分别为70℃和80℃；其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例8～9
实施例8～9提供了一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，与实施例1相比，不同之处在于，实施例8～9在步骤S3中，牵伸比分别为1:1.1和1:1.8；其余大致与实施例1相同，在此不再赘述。
对实施例1～9制得的定向导热绝缘复合纤维膜进行力学性能和导热性能的测试，得到的结果如下表所示。
表1实施例2～9的定向导热绝缘复合纤维的性能指标
Figure BDA0003608326230000101
Figure BDA0003608326230000111
由实施例1～3可知，随着凝固浴中氮化硼纳米片含量的增加，所制备的复合纤维膜的拉伸强度和断裂伸长率相似，但是热导率呈现上升至平缓的趋势。由实施例1、4和5可知，随着N,N-二甲基乙酰胺和甲苯两者的质量比的增加，所制备的复合纤维膜的拉伸强度和断裂伸长率明显提高，且热导率也呈现上升趋势。由实施例1、6和7可知，随着加热定型的温度的提高，复合纤维膜的拉伸强度和热导率略有提高，但断裂伸长率略有下降，这主要是由于随着热定型温度的提高，分子链固化成型速率会加快，分子链的自调整程度降低。由实施例1、8和9可知，随着牵伸速率的提高，复合纤维膜的拉伸强度提高，断裂伸长率下降，热导率略有下降，但仍具有良好的柔性。
对比例1
对比例1提供了一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤S2的凝固浴中不添加氮化硼纳米片，其余与实施例1大致相同，在此不再赘述。
对比例2
对比例2提供了一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法及应用，与实施例1相比，不同之处在于，在步骤S1的纺丝原液中不添加改性的氮化硼，其余与实施例1大致相同，在此不再赘述。
将对比例1～2制备的纤维同样进行各参数的测试，得到的结果如下表所示。
表2对比例1～2制备的纤维的性能指
样品 拉伸强度(MPa) 断裂伸长率(％) 热导率(W/m·K) 电阻率(Ω·cm)
对比例1 17.05 587 0.241 2.6×10<sup>14</sup>
对比例2 17.11 660 0.098 1.2×10<sup>10</sup>
由表2的性能指标可知，对比例1～2与实施例1对比得到，凝固浴中的氮化硼和纺丝原液中的氮化硼的添加对复合纤维膜的拉伸强度和断裂伸长率影响较小，但对其热导率影响较大。
综上所述，本发明提供了一种定向导热绝缘复合纤维膜的制备方法，该方法包括纺丝原液的配制、凝固浴的配制、凝固和牵伸定型一系列工艺；将高填充量的改性氮化硼与热塑性嵌段共聚物基体复合配制成纺丝原液，通过调控纺丝原液中的固液配比、凝固浴中氮化硼纳米片的含量、牵伸速度和纺丝温度，对聚合物分子链和填料粒子进行最优化的方向性诱导作用，制得定向导热绝缘复合纤维；并结合多轴向立体编织技术，实现在轴向或径向上高导热绝缘复合材料的制备。本发明将导热填料氮化硼分为两部分引入纤维中，一部分均匀的分散在纺丝原液中，进入纤维内部形成内部导热网络；另一部分则在凝固浴中，在纤维凝固成型时，附着于纤维的表面形成外层导热结构，不仅提高氮化硼片层间的导热率，还与纤维内部的氮化硼导热结构形成连接，大大提高了复合纤维的导热性能。该制备方法在纺丝成型过程中实现聚氨酯分子链和氮化硼的同步取向，采用特殊的溶剂体系，并与纺丝参数进行协同，调控了湿法成型过程中相转化速率，同时，使凝固浴中的氮化硼纳米片规律的分布在复合纤维的表层，形成内外高导复合纤维，为制备由特定方向导热的复合材料提供了方法；且制备工艺简单，复合纤维和纤维膜具有高导热性、高绝缘性、不失柔性、力学性能较好的优点，具有广阔的应用前景。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种定向导热绝缘复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、纺丝原液的配制：所述纺丝原液的溶质包括热塑性嵌段共聚物和改性的氮化硼，溶剂为二元溶剂体系，所述热塑性嵌段共聚物包括硬链段和软链段；
S2、凝固浴的制备：所述凝固浴包括氮化硼纳米片以及N,N-二甲基乙酰胺和水；
S3、凝固和牵伸定型：将步骤S1中的所述纺丝原液通过纺丝计量泵得到初生丝，并通过牵伸作用在步骤S2的所述凝固浴中凝固成型，然后加热定型和干燥，得到所述定向导热绝缘复合纤维。
2.根据权利要求1所述的定向导热绝缘复合纤维的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述纺丝原液中的总固体含量占比为20％～30％；所述热塑性嵌段共聚物与所述改性的氮化硼的质量比为3∶2。
3.根据权利要求1所述的定向导热绝缘复合纤维的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述氮化硼纳米片的质量分数为1％～5％；所述N,N-二甲基乙酰胺和水的体积比为1:(18～24)。
4.根据权利要求3所述的定向导热绝缘复合纤维的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述二元溶剂体系包括N,N-二甲基乙酰胺和溶剂B；所述溶剂B为所述热塑性嵌段共聚物的不良溶剂，且与所述N,N-二甲基乙酰胺互溶，不溶于水；所述N,N-二甲基乙酰胺和所述溶剂B的质量比为1:(0.6～1.0)。
5.根据权利要求1所述的定向导热绝缘复合纤维的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述牵伸作用的牵伸比为1:(1.1～1.8)；所述加热定型的温度为60～80℃。
6.根据权利要求1所述的定向导热绝缘复合纤维的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述热塑性嵌段共聚物为聚氨酯类共聚物。
7.根据权利要求1所述的定向导热绝缘复合纤维的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述改性的氮化硼为硅烷偶联剂改性的氮化硼，以提高所述氮化硼与所述热塑性嵌段共聚物的相容性；所述氮化硼包含完全分离的单片层氮化硼纳米片和多片层氮化硼纳米片；所述硅烷偶联剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
8.一种定向导热绝缘复合纤维的应用，其特征在于，将权利要求1～7中任一项所述的定向导热绝缘复合纤维用于制备定向导热绝缘复合纤维膜。
9.根据权利要求8所述的定向导热绝缘复合纤维的应用，其特征在于，制备定向导热绝缘复合纤维膜，具体包括以下步骤：
S11、对所述定向导热绝缘复合纤维进行成型处理，使其纤维在多方向上排列；
S22、将步骤S1中成型处理后的复合纤维进行热压处理，得到所述定向导热绝缘复合纤维膜；所述热压处理的温度为80～100℃，压力为5～20MPa，热压时间为3～10min。
10.根据权利要求9所述的定向导热绝缘复合纤维的应用，其特征在于，在步骤S11中，所述成型处理的方式包括：平纹、斜纹或缎纹的平面机织物的成型、铺层织物、2.5D角联锁立体机织物的成型或3D立体多轴向编织物的成型方式中的一种。
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