米兰理工团队3D打印绝缘导热聚酰胺散热片

塑料通常导热性较差（0.1~0.5 W/mK），电子散热片多采用铜或铝。但金属在腐蚀环境或需防短路场景并不适用。意大利米兰理工大学研究人员联合改性企业LATI，开发出两种可兼顾导热与电气绝缘的聚酰胺复合材料。

两款材料均含有32%质量的陶瓷填料。PA–32BN仅含宽度约10微米、厚度不足1微米的氮化硼片状填料；PA–32BN–MgO在此基础上添加了氧化镁。研究团队使用配备600微米喷嘴的Prusa i3 MK3S设备，以300微米层高、250℃喷嘴温度及封闭腔体进行FDM打印。尽管填料比例较高，打印过程中喷嘴未发生堵塞。

挤出时，喷嘴内的剪切力使片状填料沿打印方向定向排列。PA–32BN沿打印方向的导热系数达1.97 W/(m·K)，横向仅为0.69 W/(m·K)；含氧化镁的变体分别为1.22和0.64 W/(m·K)。氧化镁颗粒虽阻碍了氮化硼的定向排列，但换来了各向同性的均匀性能。两种复合材料的体积电阻率均约为10¹² Ω·cm。拉伸测试显示，两者均呈现脆性断裂特征。

在实际应用中，研究人员打印了一个直径80毫米、高32毫米的圆柱形翅片散热片。将其在加热板上持续加热10分钟后，改用红外灯进行二次测试。热成像显示，翅片末端温度分别为：PA–32BN材料57.6℃、氧化镁变体54.2℃，而未填充的参考聚合物为49.5℃。结果表明，添加填料的复合材料能将热量向上输送，而非在零件根部积聚。

研究认为，PA–32BN在较低填料比例下实现了较高的导热性能，与其他通常需要更高填充率的线材相比是一个合理的折中方案，为制造轻量化散热片提供了优势途径。作者同时指出，白色复合材料对热辐射的吸收率较低，若添加少量炭黑，可将发射率从0.7提升至0.9。