[發(fā)明專利]碳納米纖維及其制造方法以及碳纖維復(fù)合材料

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200880130280.0
• 申請(qǐng)日: 2008-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102089362A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 野口徹;植木宏之;飯生悟史;竹內(nèi)健司
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 日信工業(yè)株式會(huì)社;MEFS株式會(huì)社
• 主分類號(hào): C08J5/04
• 分類號(hào): C08J5/04;C01B31/02;D01F9/127
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及改善了與基質(zhì)材料的潤(rùn)濕性的碳納米纖維及其制造方法以及使用該碳納米纖維的碳纖維復(fù)合材料。

背景技術(shù)

一般地，碳納米纖維是難以分散到基質(zhì)中的填充料。根據(jù)本發(fā)明者等之前提出的碳纖維復(fù)合材料的制造方法，改善了到目前為止被認(rèn)為困難的碳納米纖維的分散性，從而可使碳納米纖維均勻地分散到彈性體中(例如特開(kāi)200597525號(hào)公報(bào))。根據(jù)這樣的碳纖維復(fù)合材料的制造方法，混合彈性體與碳納米纖維并通過(guò)剪切力來(lái)提高凝集性強(qiáng)的碳納米纖維的分散性。更具體地說(shuō)，混合彈性體與碳納米纖維時(shí)，具有粘性的彈性體侵入碳納米纖維之間，且彈性體的特定部分通過(guò)化學(xué)相互作用與碳納米纖維的高活性的部分結(jié)合，在此狀態(tài)下，強(qiáng)剪切力作用于分子長(zhǎng)適度地長(zhǎng)、分子運(yùn)動(dòng)性高的(有彈性的)彈性體與碳納米纖維的混合物時(shí)，碳納米纖維隨著彈性體的變形而移動(dòng)，然后通過(guò)剪切后的彈性產(chǎn)生的彈性體的復(fù)原力來(lái)分離凝集的碳納米纖維并分散至彈性體中。這樣，可以通過(guò)提高碳納米纖維對(duì)基質(zhì)的分散性來(lái)將高價(jià)的碳納米纖維有效地用作復(fù)合材料的填充料

通過(guò)在金屬族催化劑的存在下使烴等氣體氣相熱分解的氣相沉積法制造碳納米纖維已經(jīng)工業(yè)量產(chǎn)化。在這樣量產(chǎn)化的碳納米纖維之中，存在例如在1000℃左右的加熱爐內(nèi)采用氣相沉積法制造、并在高溫下熱處理從而進(jìn)行石墨化的情況(例如特開(kāi)2006-198393號(hào)公報(bào))。用于石墨化此碳納米纖維的熱處理溫度例如大于等于2000℃，大于等于2500℃為良好，特別地2800℃～3200℃為良好。然而，雖然這樣石墨化的碳納米纖維的表面具有缺陷少的良好性質(zhì)，但存在與基質(zhì)材料例如彈性體的潤(rùn)濕性變差的傾向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供改善了與基質(zhì)材料的潤(rùn)濕性的碳納米纖維及其制造方法以及使用該碳納米纖維的碳纖維復(fù)合材料。

本發(fā)明涉及的碳纖維復(fù)合材料是碳納米纖維均勻分散到彈性體中的碳纖維復(fù)合材料，上述碳納米纖維的特征在于，所述碳納米纖維在通過(guò)氣相沉積法制備后，在比所述氣相沉積法中的反應(yīng)溫度高的溫度即1100℃～1600℃下進(jìn)行了熱處理。

根據(jù)本發(fā)明涉及的碳纖維復(fù)合材料，改善了碳納米纖維對(duì)彈性體的潤(rùn)濕性，可通過(guò)碳納米纖維來(lái)提高剛性及100％模量。

本發(fā)明涉及的碳纖維復(fù)合材料中，上述熱處理可以是在1200℃～1500℃。

本發(fā)明涉及的碳纖維復(fù)合材料中，所述熱處理過(guò)的碳納米纖維用拉曼散射光譜法測(cè)定的1300cm^-1附近的峰值強(qiáng)度D相對(duì)于1600cm^-1附近的峰值強(qiáng)度G的比D/G可大于1.25且小于1.6。

本發(fā)明涉及的碳纖維復(fù)合材料中，10所述碳纖維復(fù)合材料相對(duì)于所述彈性體100重量份含有所述碳納米纖維15重量份～120重量份，所述碳纖維復(fù)合材料在23℃下的斷裂伸長(zhǎng)率大于等于95％，在與100重量份所述彈性體混合的所述碳納米纖維每1重量份中，碳纖維復(fù)合材料的100％模量相對(duì)于所述彈性體單體的100％模量的上升率大于等于13％。

本發(fā)明涉及的碳纖維復(fù)合材料中，使用脈沖法NMR并通過(guò)固體回波法在觀測(cè)核為¹H、150℃的條件下測(cè)定的無(wú)交聯(lián)體中的自旋-自旋弛豫時(shí)間T2s/150℃為5μ秒～50μ秒，使用脈沖法NMR并通過(guò)哈恩回波法在觀測(cè)核為¹H、150℃的條件下測(cè)定的無(wú)交聯(lián)體中的第一自旋-自旋弛豫時(shí)間T2n為100μ秒～3000μ秒，具有第二自旋-自旋弛豫時(shí)間的成分的成分份數(shù)fnn是0～0.1。

本發(fā)明涉及的碳纖維復(fù)合材料中，上述熱處理可在惰性氣體氛中進(jìn)行。

本發(fā)明涉及的碳納米纖維的特征在于，對(duì)通過(guò)氣相沉積法制造的未處理碳納米纖維在比所述氣相沉積法中的反應(yīng)溫度高的溫度即1100℃～1600℃下進(jìn)行了熱處理。

根據(jù)本發(fā)明涉及的碳納米纖維，可以提高與基質(zhì)材料例如彈性體的表面反應(yīng)性，從而可改善碳納米纖維對(duì)基質(zhì)材料的潤(rùn)濕性。

本發(fā)明涉及的碳納米纖維中，上述熱處理溫度可以是在1200℃～1500℃。

本發(fā)明涉及的碳納米纖維中，用拉曼散射光譜法測(cè)定的1300cm^-1附近的峰值強(qiáng)度D相對(duì)于1600cm^-1附近的峰值強(qiáng)度G的比D/G大于1.25且小于1.6。

本發(fā)明涉及的碳納米纖維中，上述熱處理可在惰性氣體氛中進(jìn)行。

本發(fā)明涉及的碳納米纖維的制備方法的特征在于，對(duì)通過(guò)氣相沉積法制造的未處理碳納米纖維在比所述氣相沉積法中的反應(yīng)溫度高的溫度即1100℃～1600℃下進(jìn)行熱處理。