Thermal conductivity of 3D-printed continuous pitch carbon fiber composites

材料科学 复合材料 热导率 聚乳酸 纤维 体积分数 破损 体积热力学 热的 碳纤维 聚合物 复合数 物理 气象学 量子力学
作者
Sinan Olcun,Yehia Ibrahim,Caleb Isaacs,Mohamed Karam,Ahmed Elkholy,Roger Kempers
出处
期刊:Additive manufacturing letters [Elsevier BV]
卷期号:4: 100106-100106 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.addlet.2022.100106
摘要

A new method was developed to 3D print high-thermal-conductivity, pitch-based continuous carbon fiber composites. This process uses a dual extruder to selectively print polylactic acid (PLA) or PLA-coated pitch carbon fibers. The effective thermal conductivity of unidirectionally 3D-printed specimens was characterized experimentally for samples fabricated from fibers with different conductivities and at different volume fractions: Three grades of pitch carbon fibers were used with conductivities ranging from 140 to 800 W/mK. Carbon fiber volume fractions ranging from 6.25% to 11.7% were investigated. A maximum thermal effective thermal conductivity of 37.1 W/mK was measured for a 9.5% volume fraction of the K13D2U pitch carbon fiber which is significantly higher than that of any 3D-printed carbon-based composites measured previously. However, the measured effective thermal conductivities were significantly lower than those predicted by the parallel model. Breakage of the fibers post-printing was confirmed using micro-computed tomography and suggests that higher effective thermal conductivities can be obtained by better mitigating fiber breakage during the printing process. Future directions for this technology are discussed.

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