工业液压挤压机通过对材料施加极大的机械压力和热能，从根本上改变碳纳米管（CNT）复合材料。通过将复合材料挤压通过特定的模具孔，机器施加了严重的塑性变形和强大的剪切力，同时消除了内部空隙并机械地对齐了纳米管。
热挤压的核心价值在于将随机、多孔的混合物转化为致密、结构化的复合材料。它利用严重的剪切力将纳米管沿单个轴对齐，从而制造出在预期使用方向上具有最大拉伸强度、导电性和导热性的材料。
改进的力学原理
严重塑性变形
液压机不仅仅是压缩材料；它迫使材料流动。将复合材料推过特定的模具孔会引起严重塑性变形。这个过程从根本上改变了材料的内部结构，而不仅仅是改变其外形。
剪切力的应用
当材料通过模具时，它会受到强大的剪切力。这些力对于操纵复合材料的微观成分至关重要。它们充当重排基体中碳纳米管的物理机制。
消除内部缺陷
致密化和去除孔隙
复合材料的一个主要弱点是存在微观气隙或孔隙。挤压过程中的高压会主动消除残留的内部孔隙。这导致材料整体密度显著增加，这是高性能的先决条件。
分解团聚体
碳纳米管自然倾向于粘在一起形成团块，这会在材料中产生薄弱点。挤压机施加的强烈变形有助于分解这些残留的团块。通过更均匀地分散纳米管，该过程确保了更均匀的内部结构。
优化导电性和强度
定向对齐（各向异性）
最关键的改进是碳纳米管沿挤压方向的对齐。剪切力迫使纳米管平行于材料流动方向排列。这产生了各向异性，意味着材料的性能变得专业化和定向化，而不是均匀的。
动态再结晶
热量和变形的结合触发了动态再结晶。这种现象细化了基体材料（如镁合金）的晶粒结构。更细的晶粒有助于提高机械性能，使材料更坚固而不易碎。
增强的拉伸强度和延展性
纳米管的对齐增强了材料抵抗拉伸力的能力。因此，复合材料在挤压方向上表现出显著提高的拉伸强度。此外，上述的晶粒细化提高了延展性，使材料更坚韧，不易断裂。
提高导电性
对齐会产生直接、不间断的能量传输路径。由于纳米管是线性组织的，因此沿挤压轴的导电性和导热性与随机取向的样品相比得到了极大的改善。
理解权衡
方向依赖性
虽然对齐提高了挤压方向上的性能，但它引入了各向异性限制。材料在横向（垂直）方向上的强度或导电性可能较低。工程师在设计零件时必须假设材料仅在一个轴向上最强。
工艺强度
那些改进材料的力量，如果没有得到控制，可能会具有破坏性。强烈的塑性变形需要精确控制温度和压力。如果材料无法足够快地流动以匹配挤压速度，不正确的设置可能导致表面开裂或内部缺陷。
为您的目标做出正确选择
为了最大化工业液压挤压机的优势，请考虑您的具体性能要求：
- 如果您的主要关注点是结构完整性：将您的组件设计定向，使主要载荷路径与挤压方向对齐，以利用增加的拉伸强度。
- 如果您的主要关注点是热管理或电气管理：将挤压复合材料用作定向散热器或导体，依靠对齐的纳米管沿零件长度有效地传输能量。
- 如果您的主要关注点是复杂几何形状：依靠晶粒细化提供的增强延展性，允许进行二次成型操作而不会使复合材料断裂。
热挤压通过对混乱的微观结构施加秩序，将碳纳米管的原始潜力转化为实际可应用的性能。
摘要表：
| 改进机制 | 物理效应 | 性能优势 |
|---|---|---|
| 严重的剪切力 | 纳米管的机械对齐 | 最大化的定向拉伸强度 |
| 高压流动 | 消除内部孔隙/空隙 | 更高的材料密度和完整性 |
| 塑性变形 | 分解纳米管团块 | 均匀的内部结构和一致性 |
| 热管理 | 动态再结晶 | 细化的晶粒结构和改善的延展性 |
| 各向异性对齐 | 创建线性路径 | 卓越的导电性和导热性 |
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参考文献
- Megha Choudhary, Ain Umaira Md Shah. Contemporary review on carbon nanotube (CNT) composites and their impact on multifarious applications. DOI: 10.1515/ntrev-2022-0146
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
