本发明属于功能复合材料领域，具体涉及一种复合纤维导热尼龙材料及其制备方法。
背景技术：
1、随着科技的发展，基于有机高分子导体/半导体的电子器件引起了人们的广泛关注，例如：太阳能电池，有机场效应晶体管和发光二极管等。随之而来的是电子器件尤其是大功率器件在工作过程中会产生高密度热量，导致电子产品的温度迅速上升从而可靠性急剧下降。因此，高效散热成为新一代电子产品迫切需要解决的难题，也对传统有机材料提出了新的挑战。尼龙作为应用广泛的工程塑料具备以下主要优点：良好的力学性能、韧性、抗蠕变性和耐疲劳性，成本低，可加工性，轻质量且容易大面积加工制备。但是由于有机材料固有的低热导率，其散热效率较低。为解决此技术难题，最直接有效的方法是在产品制造过程中采用高导热的热界面材料，促进热量有效地向外界快速扩散。但是随着科技的进步，传统的填充型热界面复合尼龙材料越难越难以满足日益严苛的散热要求，低填充量下，导热纳米填料难以在基底中形成有效的导热网络，从而限制材料热导率的提高；高填充量下，导热纳米填料难以均匀分散，材料的热导率提升有限并且力学性能与加工性能会随之下降，不能满足实际加工中的需求。
2、纳米纤维素是由天然纤维素经过一系列物理化学处理得到，具有质轻、高强度、较大的表面积、较高的杨氏模量、高结晶度及高透明性等特点，和其他有机无机材料也具有很好的相容性，是一种优异的纤维增强填料。由于其特殊的长径比和丰富的表面官能团，易于在基体中形成连续的网络结构，有利于热量的传输。纳米碳酸钙是有机复合材料中常用的功能填料，可以提升有机材料的力学性能，降低能耗和成本。同时其纳米颗粒由于小尺寸效应具有较高的表面活性，具有较高的热导率，是制备热界面材料的优质填料之一。但因为其特定尺寸的纳米效应，难以在低填充量下形成有序网络结构，较大的比表面积也会导致复合材料的界面热阻较高，同时其相容性和特定形态使得其难以在复合材料中均匀分散和形成取向结构，不利于散热网络的形成。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有导热尼龙材料在制备成本和性能上存在的问题，提供一种复合纤维导热尼龙材料及其制备方法。在纳米纤维素的制备过程中，在其表面沉积纳米碳酸钙从而获得改性导热纤维，并以此为模板与无机导热填料纳米碳酸钙共同在尼龙基体中形成导热网络，利用纤维素本身的增强作用及其与尼龙分子链良好的相容性，使得导热填料在复合材料中均匀分散且形成取向结构，提升热导率的同时保证了复合材料的力学性能和加工性能。
2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种复合纤维导热尼龙材料，其由以下重量份的原料制备而成：
4、
5、所述导热纤维为经碳酸钙表面改性的微纳米纤维素，具体改性方法如下：
6、(1)浸渍：将氧化钙、氧化镁加入水中搅拌溶解形成碱性钙镁浊液，将纤维原料浸渍在所述钙镁浊液中，浸渍温度为25～60℃，浸渍时间为4～12h；
7、浸渍液各组分质量百分比为：纤维原料固含量10～20wt％，氧化钙的含量为纤维原料的20～100wt％，氧化镁的含量为氧化钙的5～15wt％，余量为水。
8、(2)机械解离：采用机械解离法对浸渍后的浆料进行解离，得到浆料悬浮液；
9、(3)碳化：在5～45℃、持续搅拌条件下向浆料悬浮液中通入二氧化碳气体，直至浆料悬浮液ph值为6.5～8.5时达到碳化终点，得到表面包覆碳酸钙的微纳米纤维素，过滤、干燥后即得所述导热纤维，其直径为10～500nm，长度为200nm～100μm，导热率为3.0～8.0w/m·k.。
10、进一步地，步骤(1)中，所述纤维原料为粒度为30～80目的木粉、竹粉、植物秸秆、玉米芯、木糖废渣中的至少一种，或其经磨浆处理后的浆料。
11、进一步地，步骤(2)中，所采用的机械解离方法为盘磨、精细研磨、球磨、超声处理中的一种或多种组合，其中盘磨及精细研磨处理的物料质量浓度为10～20wt％，磨盘之间的间隙为10～100μm,磨盘转速为1000～2000rpm；球磨处理的物料质量浓度为85～95wt％，转速为300rpm～600rpm；超声处理的物料质量浓度为1～5wt％，功率为400w～1000w。
12、进一步地，步骤(3)中，搅拌转速为100～200rpm，二氧化碳气体的通入速度为800～1000ml/min。
13、进一步地，所述尼龙为pa6、pa66、pa6/pa66共聚物中的一种或一种以上的混合物。
14、进一步地，所述纳米碳酸钙的粒径为50～500nm，导热率为2.0～4.0w/m·k。
15、进一步地，所述助剂为抗氧化剂、相容剂、抗老化剂、润滑剂、成核剂中的一种或一种以上的混合物。
16、进一步地，所述的复合纤维导热尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：将导热纤维、纳米碳酸钙、尼龙和助剂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出、切片，得到复合纤维尼龙导热材料；所述双螺杆挤出机加料段温度为220～250℃，熔融段温度为255～285℃，出料段温度为240～260℃，挤出机转速为200～400rpm。
17、本发明具有以下有益效果：
18、1、本发明采用碱性钙镁悬浊液预处理结合机械剥离技术制备微纳米纤维素，并在后处理中通入co2，在微纳米纤维素表面沉积碳酸钙，该形态的微纳米纤维素与碳酸钙结合有利于在聚合物中物理网络结构的形成，提高复合材料的综合性能。
19、2、作为导热填料的纳米碳酸钙与微纳米纤维素之间由于其表面包覆的碳酸钙基团，存在强度适当的相互作用力，使得较大用量的纳米碳酸钙颗粒在复合材料中能够以微纳米纤维素为模板均匀分散，形成连续且有序的导热网络；并且纳米纤维素和碳酸钙的补强作用也在大幅提升尼龙材料的导热性能的同时保证了其力学性能。
20、3、本发明所涉及的制备方法工艺简单，反应条件温和，原材料绿色环保，生产成本低，在导热高分子材料领域具有较高的应用前景。
1.一种复合纤维导热尼龙材料，其特征在于，其由以下重量份的原料制备而成：
2.根据权利要求1所述的一种复合纤维导热尼龙材料，其特征在于，所述导热纤维由以下方法制备：
3.根据权利要求2所述的一种复合纤维导热尼龙材料，其特征在于，步骤（1）中，所述纤维原料为粒度为30~80目的木粉、竹粉、植物秸秆、玉米芯、木糖废渣中的至少一种，或其经磨浆处理后的浆料。
4.根据权利要求2所述的一种复合纤维导热尼龙材料，其特征在于，步骤（1）中，浸渍液各组分质量百分比为：纤维原料固含量10~20wt％，氧化钙的含量为纤维原料的20~100wt％，氧化镁的含量为氧化钙的5~15wt％，余量为水。
5. 根据权利要求2所述一种复合纤维导热尼龙材料，其特征在于，步骤（2）中，所采用的机械解离方法为盘磨、精细研磨、球磨、超声处理中的一种或多种组合，其中盘磨及精细研磨处理的物料质量浓度为10~20wt％，磨盘之间的间隙为10~100μm ,磨盘转速为1000~2000 rpm；球磨处理的物料质量浓度为85~95wt％，转速为300rpm~600 rpm；超声处理的物料质量浓度为1~5wt％，功率为400w~1000w。
6. 根据权利要求2所述一种复合纤维导热尼龙材料，其特征在于，步骤（3）中，搅拌转速为100~200 rpm，二氧化碳气体的通入速度为800~1000 ml/min，制备得到的导热纤维的直径为10~500 nm，长度为200 nm~100μm，导热率为3.0~8.0 w/m·k。
7.根据权利要求1所述一种复合纤维导热尼龙材料，其特征在于，所述尼龙为pa6、pa66、pa6/pa66共聚物中的一种或一种以上的混合物。
8. 根据权利要求1所述一种复合纤维导热尼龙材料，其特征在于，所述纳米碳酸钙的粒径为50~500 nm，导热率为2.0~4.0 w/m·k。
9.根据权利要求1所述一种复合纤维导热尼龙材料，其特征在于，所述助剂为抗氧化剂、相容剂、抗老化剂、润滑剂、成核剂中的一种或一种以上的混合物。
10.如权利要求1~9任一项所述的一种复合纤维导热尼龙材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将导热纤维、纳米碳酸钙、尼龙和助剂混合均匀后，经双螺杆挤出机挤出、切片，得到复合纤维尼龙导热材料；所述双螺杆挤出机加料段温度为220~250℃，熔融段温度为255~285℃，出料段温度为240~260℃，挤出机转速为200~400rpm。
