[發(fā)明專利]一種仿生層狀高含量碳納米管高分子復合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210033145.2
• 申請日: 2012-02-14
• 公開（公告）號: CN102582199A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 程群峰;江雷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B32B37/06
• 分類號: B32B37/06;B32B37/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發(fā)明涉及一種仿生層狀高含量碳納米管高分子復合材料的制備方法，屬于納米復合材料制備領域。

背景技術

碳納米管(Carbon?Nanotube，CNT)因其獨特的幾何結構和電子能帶結構使其具有超高的力學，導電和導熱等性能。實驗測得多壁碳納米管的拉伸強度超過100GPa，楊氏模量超過1.0TPa，最大延伸率可達10～12％。另外，碳納米管的電導率高達10⁵Scm^-1，是碳纖維的1000倍。碳納米管的導熱率高達3000Wm^-1K^-1，使其成為優(yōu)良的導熱材料。碳納米管在空氣中的熱穩(wěn)定性(在空氣中500℃以下基本不被氧化)使得它成為優(yōu)異的阻燃(Flame?Retardant)材料，因此碳納米管被視為新一代輕質高強增韌材料。

但是由于碳納米管本身具有巨大的比表面積，很容易團聚，很難將高含量的碳納米管均勻分散在高分子中，導致碳納米管優(yōu)異的力學性能很難在高分子復合材料中充分發(fā)揮。目前提高碳納米管在高分子復合材料中體積份數(shù)的方法，主要有“Buckypaper”樹脂浸潤法(Wang，Z.；Liang，Z.Y.；Wang，B.；Zhang，C.；Kramer，L.，Processing?and?property?investigation?of?single-walled?carbon?nanotube(SWNT)buckypaper/epoxy?resin?matrix?nanocomposites.Compos?Part?A-Appl?S?2004，35(10)，1225-1232.)，簡單共混法(Shaffer，M.S.P.；Windle，A.H.，F(xiàn)abrication?and?characterization?of?carbon?nanotube/poly(vinyl?alcohol)composites.Adv?Mater?1999，11(11)，937-941.)，層層自組裝方法(Mamedov，A.A.；Kotov，N.A.；Prato，M.；Guldi，D.M.；Wicksted，J.P.；Hirsch，A.，Molecular?design?of?strong?single-wall?carbon?nanotube/polyelectrolyte?multilayer?composites.Nat?Mater?2002，1(3)，190-194.)等。但是這些方法中碳納米管的重量含量低于50％，這大大降低了碳納米管的增強作用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的技術解決問題：克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種仿生層狀高含量碳納米管復合材料的制備方法，該方法操作簡單，易于大面積制備層狀高含量碳納米管高分子復合材料。

本發(fā)明是通過下述技術方案實現(xiàn)的：一種仿生層狀高含量碳納米管高分子復合材料的制備方法。

首先將扁平碳納米管通過原位法或離位法組裝成碳納米管薄膜。所謂原位法即直接合成多層碳扁平碳納米管薄膜，而離位法則是首先合成扁平碳納米管，然后將扁平碳納米管分散在有機溶劑中，采用真空抽濾的辦法將碳納米管過濾成薄膜結構。然后多層扁平碳納米管薄膜疊加在一起，將高分子稀溶液慢慢滲入到碳納米管薄膜疊層中，待溶劑揮發(fā)完全后。置于涂有脫模劑的模具中，在熱壓機上加壓升溫固化，最后脫模即可得到仿生高含量碳納米管層狀復合材料。

所述碳納米管可為單壁、雙壁、多壁扁平碳納米管；高分子聚合物可為熱固性樹脂：如環(huán)氧、雙馬來酰亞胺、氰酸酯、聚酰亞胺、酚醛、不飽和聚酯等，也可為熱塑性樹脂：如聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯醚、聚砜等。

所述扁平碳納米管組裝成薄膜結構通過原位法或離位法組裝實現(xiàn)，所述原位法即直接合成多層扁平碳納米管薄膜結構，采用浮動催化裂解法，將納米鐵催化劑鍍在金屬薄膜，如銅箔等表面，然后將乙烯通入高溫反應區(qū)中，在金屬薄膜表面即可收集到扁平碳納米管薄膜；所述離位法是首先合成扁平碳納米管，然后將扁平碳納米管分散在有機溶劑中，采用真空抽濾的辦法將碳納米管過濾成薄膜結構，具體為首先將二茂鐵催化劑粉末置于石英舟中，然后將乙烯通入到高溫爐中，粉末狀扁平碳納米管即可獲得，將扁平碳納米管超聲分散在有機溶液中，真空抽濾即可得到碳納米管薄膜。

所述扁平碳納米管組裝成薄膜結構中，其薄膜的厚度范圍為10μm-200μm。

所述多層薄膜結構疊加在一起的層數(shù)由最終復合材料的厚度決定。