[發(fā)明專(zhuān)利]碳纖維復(fù)合材料及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910150265.9
• 申請(qǐng)日: 2004-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101602869A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 野口徹;深澤茂;清水修一
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 日信工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): C08L21/00
• 分類(lèi)號(hào): C08L21/00;C08K7/06
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 吳貴明;張 英

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2004年4月9日、申請(qǐng)?zhí)枮?00410032587.0、名稱(chēng)為“碳纖維復(fù)合材料及其制造方法”的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳纖維復(fù)合材料及其制造方法。

背景技術(shù)

近來(lái)，使用碳納米纖維的復(fù)合材料已經(jīng)受到了很大的關(guān)注。由于結(jié)合了碳納米纖維，人們預(yù)期這種復(fù)合材料具有改進(jìn)的機(jī)械強(qiáng)度。但是，由于碳納米纖維的原纖維相互間有強(qiáng)聚集性，將碳納米纖維均勻分散到復(fù)合材料的基材中被認(rèn)為是非常困難的。因此，目前很難獲得具有理想性能的碳納米纖維復(fù)合材料，并且也不可能有效地應(yīng)用昂貴的碳納米纖維。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是提供一種碳纖維復(fù)合材料，其中碳納米纖維是均勻分散的。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供碳纖維復(fù)合材料的制造方法。

從下面的描述中，本發(fā)明的其它目的和效果將變得很明顯。

本發(fā)明的上述目的可通過(guò)提供含彈性體和分散于該彈性體中的碳納米纖維的碳纖維復(fù)合材料，其中該彈性體具有與碳納米纖維有親合性的不飽和鍵或基團(tuán)，來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料中，彈性體的不飽和鍵或基團(tuán)與碳納米纖維的活性部分的結(jié)合，特別是與碳納米纖維的端自由基的結(jié)合，削弱了碳納米纖維的聚集力，并能提高其可分散性。因此，本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料可具有碳纖維均勻地分散在作為基材的彈性體中的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所用的彈性體可以是橡膠彈性體或熱塑性彈性體。而且，在橡膠彈性體的情況下，該彈性體可以是交聯(lián)形式或非交聯(lián)形式。在橡膠彈性體的情況下，作為起始彈性體，使用非交聯(lián)形式。

根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料可含有彈性體和分散在該彈性體中的碳納米纖維，其中在復(fù)合材料中的該彈性體是非交聯(lián)形式的，并且在150℃下，使用脈沖NMR技術(shù)，通過(guò)Hahn-回波法測(cè)量，其第一自旋-自旋松弛時(shí)間(T2n)為100～3000μsec，第二自旋-自旋松弛時(shí)間(T2nn)沒(méi)有或?yàn)?000～10000μsec，具有第二自旋-自旋松弛時(shí)間的成分的分?jǐn)?shù)(fnn)小于0.2。

另外，根據(jù)本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料可以包含彈性體和分散在該彈性體中的碳納米纖維，其中復(fù)合材料中的該彈性體是交聯(lián)形式的，并且在150℃下，使用脈沖NMR技術(shù)，通過(guò)Hahn-回波法測(cè)量，其第一自旋-自旋松弛時(shí)間(T2n)為100～2000μsec，第二自旋-自旋松弛時(shí)間(T2nn)沒(méi)有或?yàn)?000～5000μsec，具有第二自旋-自旋松弛時(shí)間的成分的分?jǐn)?shù)(fnn)小于0.2。

本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料具有這樣的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，其中碳納米纖維均勻分散在作為基材的彈性體中。

根據(jù)本發(fā)明用于制造碳纖維復(fù)合材料的方法包含通過(guò)剪切力，將碳納米纖維分散到彈性體中的步驟，其中所述彈性體具有與碳納米纖維有親合性的不飽和鍵或基團(tuán)。

根據(jù)本發(fā)明的制造方法，可獲得碳纖維復(fù)合材料，其中碳納米纖維具有良好的可分散性和卓越的分散穩(wěn)定性。

將碳納米纖維分散到彈性體中的步驟可通過(guò)剪切力，例如，以下的任何一種方法進(jìn)行：

(a)輥距為0.5mm或更小的開(kāi)放式煉膠機(jī)(open-roll)法，

(b)具有轉(zhuǎn)子距離1mm或更小的密閉捏合法(closed?kneading?method)，

(c)具有螺桿距離0.3mm或更小的多螺桿擠出捏合法。

附圖說(shuō)明

圖1是在本發(fā)明詳細(xì)描述部分涉及的，通過(guò)開(kāi)放式煉膠機(jī)法，捏合彈性體和碳納米纖維的工藝的典型示意圖。

圖2是實(shí)施例4所獲得的復(fù)合材料的SEM圖像的示意圖。

圖3是起始碳納米纖維的SEM圖像的示意圖。

圖4是實(shí)施例7中所獲得的組合材料的SEM圖像示意圖。

圖5是實(shí)施例8中所獲得的組合材料的SEM圖像示意圖。

圖6是實(shí)施例9中所獲得的組合材料的SEM圖像示意圖。

圖7是實(shí)施例7和8中動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能模量的增加系數(shù)的示意圖。

在圖中使用的標(biāo)號(hào)分別表示如下：

10：第一輥筒

20：第二輥筒

30：彈性體

40：碳納米纖維

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地描述。

根據(jù)本發(fā)明的方法包括通過(guò)剪切力，將碳納米纖維分散到彈性體中的步驟。彈性體具有與碳納米纖維具有親合性的不飽和鍵或基團(tuán)。

彈性體優(yōu)選具有下面的性質(zhì)，例如除了與碳納米纖維具有高親和性以外，一定程度的分子長(zhǎng)度和柔韌性。而且，將碳納米纖維分散到彈性體中的步驟，優(yōu)選通過(guò)用盡可能高的剪切力捏合它們來(lái)進(jìn)行。

(a)彈性體