[發明專利]熱固性基體中的并入CNT的纖維

無效

• 申請號: 201080052957.0
• 申請日: 2010-11-23
• 公開（公告）號: CN102648086A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: T·K·沙;H·C·馬里基;S·J·馬克庫拉;M·R·阿爾伯丁
• 申請（專利權）人: 應用納米結構方案公司
• 主分類號: B32B5/16
• 分類號: B32B5/16;B32B9/00;B32B3/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

相關申請的說明

該申請在35U.S.C.119(e)下要求2009年11月23日提交的美國臨時申請61/263,806和2010年11月22日提交的美國專利申請12/952,144的優先權。

關于聯邦政府贊助的研究或開發的說明

不適用。

本發明的背景和領域

本發明一般地涉及碳納米管(CNT)，并且更具體地涉及并入復合材料中的CNT。

在過去幾年中，納米復合材料已經被廣泛研究。已經做出努力以通過混合在多種納米顆粒材料中來改變基體性質。特別地，CNT已經被用作納米級增強材料，但由于它們并入基體材料的復雜性，例如粘度隨著CNT負載大幅度增加，還沒有實現大規模生產潛力。

利用納米級材料提高復合材料性質的新型復合材料和獲取這些復合材料的方法將是有益的。本發明滿足該需要，并同時提供了相關優勢。

發明內容

在一些方面，在此公開的實施方式涉及結構支撐體，其包括圓柱形結構核、內層和外層，該內層同心地置于該核內，內層包括第一熱固性基體中的第一并入CNT的纖維材料，該外層包括第二熱固性基體中的第二并入CNT的纖維材料。

在一些方面，在此公開的實施方式涉及復合材料，其包括熱固性基體和具有長度在大約20微米至大約500微米之間的CNT的并入CNT的纖維材料。

在一些方面，在此公開的實施方式涉及復合材料，其包括具有長度在大約0.1微米至大約20微米之間的CNT的并入CNT的纖維材料，和熱固性基體。該CNT以復合材料的按重量計大約0.1%至按重量計大約5%之間的范圍存在。

在一些方面，在此公開的實施方式涉及制造結構支撐體的方法，其包括繞圓柱形心軸以基本上平行于心軸軸線的方向濕卷繞第一并入CNT的纖維，以基本上不平行于心軸軸線的角度繞卷繞的第一并入CNT的纖維濕卷繞基線層(baseline?layer)，和以基本上平行于心軸軸線的方向繞基線層濕卷繞第二并入CNT的纖維。每個濕卷繞步驟包括用至少一種熱固性基體進行濕卷繞。

附圖說明

圖1顯示經連續CVD方法在AS4碳纖維上生長的多壁CNT(MWNT)的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。

圖2顯示經連續CVD方法在AS4碳纖維上生長的雙壁CNT(DWNT)的TEM圖像。

圖3顯示從隔離涂層中CNT生長的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，其中形成CNT的納米顆粒催化劑被機械并入碳纖維材料表面。

圖4顯示SEM圖像，其顯示CNT長度分布的一致性，該CNT在碳纖維材料上生長至大約40微米的目標長度的20%之內。

圖5顯示說明隔離涂層對CNT生長影響的SEM圖像。密集的、良好排列的CNT生長在施加隔離涂層的地方，并且沒有CNT生長在隔離涂層缺乏的地方。

圖6顯示碳纖維上的CNT的低放大率SEM，其顯示CNT密度的均勻性，在整個纖維中在大約10%之內。

圖7顯示根據本發明的例證性實施方式，生產并入CNT的碳纖維材料的方法。

圖8顯示在連續的方法中CNT如何可以并入碳纖維材料，以導熱性和導電性的改進為目標。

圖9顯示使用“逆向的”隔離涂層方法，在連續的方法中CNT如何可以并入碳纖維材料，以機械性質尤其是界面特性諸如剪切強度的改進為目標。

圖10顯示IM7碳纖維上并入的CNT對層間斷裂韌性的影響。原始材料是未上漿的IM7碳纖維，而并入CNT的材料是在纖維表面上并入15微米長CNT的未上漿的碳纖維。

圖11顯示纖維上的CNT百分比對S-玻璃纖維上纖維體積百分比的影響。

圖12顯示根據本發明的一些實施方式的結構支撐體。

本發明提供了復合材料，其包括熱固性基體材料和分散遍及至少一部分熱固性基體材料的并入碳納米管(CNT)的纖維材料?？刹恍枰糜贑NT分散的額外的處理，制造用熱固性基體制造的復合材料結構。額外的益處來源于控制CNT朝向的能力，CNT朝向包括在圓周上垂直或平行于纖維表面。CNT的長度也可與總負載百分比一起被控制。

可以利用涉及熱固性基體的傳統制造技術用玻璃或碳纖維產生的任何復合材料結構，都可用并入CNT的纖維產生，而不用任何額外的加工步驟。除了增大了熱和電導率，這些多尺度(multiscale)復合材料還可顯示增加的機械性質。