ألياف الكربون النايلون

تطوير الموصلات الكهربائية والحرارية مواد النايلون يمثل اتجاهًا رئيسيًا في وظائف البوليمر. تُستخدم النايلونات التقليدية، المعروفة بمتانتها الميكانيكية ومقاومتها الحرارية الممتازة، على نطاق واسع في تطبيقات السيارات والكهرباء والصناعة. ومع ذلك، نظرًا لخصائصها العازلة بطبيعتها، فإن انخفاض موصليتها الكهربائية والحرارية يحد من استخدامها في المجالات الوظيفية عالية الأداء. ولتلبية المتطلبات المزدوجة لتبديد الحرارة وخصائص مقاومة الكهرباء الساكنة في الإلكترونيات الحديثة والتصنيع الذكي والمركبات الكهربائية، أصبحت مركبات النايلون الموصلة والمعززة حراريًا محورًا لابتكار المواد.لتعديل التوصيل الكهربائي، يتم توزيع الحشوات الموصلة داخل مصفوفة النايلون لتشكيل شبكة موصلة مستمرة. الحشوات النموذجية تشمل الكربون الأسود، ألياف الكربونأنابيب الكربون النانوية (CNTs)، والجرافين، والمساحيق المعدنية. تُعدّ أنظمة الكربون الأسود فعّالة من حيث التكلفة، إلا أنها قد تُقلل من المتانة الميكانيكية، بينما تُحسّن ألياف الكربون والجرافين كلاً من التوصيلية والسلامة الهيكلية. لتحسين تشتت الحشو والترابط بين السطوح، تُستخدم غالبًا تقنيات تعديل السطح والطلاء، مما يضمن مقاومة مستقرة وأداءً مضادًا للكهرباء الساكنة على المدى الطويل.يهدف تعديل التوصيل الحراري إلى تعزيز قدرة أنظمة النايلون على نقل الحرارةيمكن تصنيف الحشوات إلى معدنية (ألومنيوم، نحاس) وغير معدنية (نيتريد البورون، ألومينا، كربيد السيليكون). تتميز الحشوات غير المعدنية، وخاصةً نيتريد البورون السداسي (h-BN)، بموصلية حرارية عالية وعزل كهربائي، مما يجعلها مثالية للأغلفة الكهربائية. عند توزيعها بشكل صحيح في PA6، يمكن لنيتريد البورون السداسي زيادة الموصلية الحرارية إلى 1.5-3 واط/م·ك، بينما يمكن أن تصل الموصلية الحرارية للأنظمة المقواة بألياف الكربون إلى أكثر من 5 واط/م·ك. تعزز طرق المعالجة المتقدمة، مثل المزج عالي القص والبثق الموجه، محاذاة الحشوات وتُحسّن مسارات التوصيل الحراري.يشكل تحقيق التوازن بين الأداء الكهربائي والحراري تحديًا فريدًا من نوعه. تعتمد الموصلية الكهربائية على شبكات حشو مستمرة، بينما تعتمد الموصلية الحرارية على تلامس السطح البيني واتجاهه. غالبًا ما تعتمد الأنظمة الهجينة تصاميم مركبة متعددة الطبقات أو المراحل - تجمع بين الجرافين ونتريد البورون أو ألياف الكربون القصيرة مع الألومينا - لتحقيق وظائف كهربائية وحرارية متزامنة. تُستخدم هذه المواد بشكل متزايد في وحدات بطاريات السيارات الكهربائية، وأغلفة المحركات، ومكونات إدارة الحرارة لشبكات الجيل الخامس.يعتمد استقرار النايلون الموصل للحرارة والموصل للكهرباء بشكل كبير على هندسة الواجهات. يمكن لعوامل الربط، والمواد الخافضة للتوتر السطحي، ومعالجات البلازما أن تعزز تشتت الحشوة والالتصاق، مما يقلل من الفراغات ويحافظ على سلامتها الميكانيكية. من المتوقع أن تركز الأبحاث المستقبلية على تجميع الحشوات النانوية المنظمة، وتقنيات توزيع التدرج، وأنظمة الحشو الهجينة التي تجمع بين التوصيل الحراري العالي والعزل الكهربائي.