研究背景：

随着科技发展，诸多设备都在向着小型化和高性能化的方向发展。其中，微型功能管状器件（MFTP）作为常用的结构部件，具有独特的空心结构，被广泛应用于介质输送通道、精密结构保护和智能介入治疗装置等。作为常见应用之一，汽车液压制动油管的力学性能较差，在使用过程中容易发生静电聚集，具有潜在安全隐患。如何平衡其较小结构尺寸和多种性能需求之间的矛盾，仍然是一个重要的挑战。

工作介绍：

近期，本团队利用自制旋转挤出新装置，在聚合物微管熔融挤出加工过程中，构建多向螺旋流场，调控碳纳米纤维（CNF）在尼龙11（PA11）微管中的排列结构，最终得到了具有螺旋互穿网络结构的CNF/PA11管状器件（图1）。与传统挤出管材中头尾排列的纤维结构不同，旋转挤出CNF/PA11微管中CNF呈螺旋互穿网络结构，与木材中管胞状螺旋结构相似，因此管材在多向应力条件下都具有较好的力学强度（图2a）。此外，互相交错的CNF网络结构大幅提高了导电通路中的接触点，且网络结构在外部载荷作用下的稳定性优于传统导管中的“头尾连接”方式，因此微管的导电率和导电稳定性均有明显提升（1.76 S/m，100%）（图2b）。得益于其优异的导电性能，旋转挤出CNF/PA11微管表现出明显提高的抗静电性能（模拟汽车振动擦电测试：0.7 V）；通过外接电压，微管还能够在20 s内实现快速升温除霜（图2c-e）。

图1 高性能CNF/PA11微型导管中的互穿网络结构

图2 CNF/PA11微管的性能

通过旋转挤出新装置制备的CNF/PA11管状器件，具有突出的力学性能和优良的电性能，在抗静电和电热性能等特殊功能上表现优异，保证了其作为液压制动油管在低温、高频振动环境下的安全应用。该研究提出的流场调控技术具有成本低、效率高、适合连续工业化制造的特点，为制备性能优良的空心薄壁MFTP开辟了一条简便有效的途径。该研究以“Robust and functional polyamide 11 tubular product featuring helical flow-regulated interpenetrating configuration of carbon nanofiber”为题发表在《Composites Science and Technology》上，原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110045。