[發明專利]一種在復合材料成型工藝中取向碳納米管的方法

有效

• 申請號: 201210153056.1
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102700148A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 李煒;梁曉寧
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: B29C70/28
• 分類號: B29C70/28;B29C70/54
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

技術領域

本發明涉及一種在復合材料成型工藝中取向碳納米管的方法。

背景技術

現有在復合材料成型工藝中取向碳納米管的方法，其取向方法較為單一，且都是做碳納米管在溶液中或樹脂中的取向。用這種取向過后的成品再進行復合材料加工，無法保障碳納米管在成品復合材料中的取向程度和方向。而復合材料的性能(導電性，機械性能等)的提高，恰恰是由碳納米管在復合材料中的取向程度決定的。

發明內容

本發明的目的是提供一種提高碳納米管在復合材料中的取向程度的取向方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種在復合材料成型工藝中取向碳納米管的方法，其特征在于，步驟為：

步驟1、分散：將碳納米管分散在溶液中形成碳納米管分散體系。在本步驟中，通過調節樹脂粘度來取向碳納米管，粘度越低，碳納米管取向度越高。

步驟2、預取向：將碳納米管分散體系置于強度為0.01-3T的磁場中作用0.5-3h形成碳納米管流體。

在步驟1及步驟2中，通過調節碳納米管分散和預取向的時間來控制碳納米管分散和取向程度。分散時間越長，分散度越高，預取向時間越長，磁場強度越大，取向度越高。

步驟3、再取向：碳納米管流體通過管道導入復合材料成型區，在該管道上沿碳納米管流體的流動方向施加取向磁場，磁場強度為0.01-3T，碳納米管流體的流動速度的控制可通過調節注入壓力實現，壓力越大，流動速度越大，壓力控制在10-100kPa，作用時間為0.1-3h。

步驟4、復合材料成型取向：在復合材料成型區施加磁場，施加磁場的方向由碳納米管最終在產品中的取向方向決定，磁場強度為0.01-3T，作用時間為0.1-5h。通過調節成型取向區磁場施加時間來控制碳納米管取向程度。磁化時間越長，碳納米管取向程度越高。

在步驟3及步驟4中，通過調節再取向區和成型取向區施加的磁場強度來控制碳納米管取向程度。磁場強度越高，取向程度越高。

優選地，所述步驟1中的分散的具體步驟為：將所述碳納米管分散在質量百分濃度為90％-100％的丙酮中，超聲處理0.5-4h，然后加入樹脂中，機械分散0.5-2h，其中，碳納米管與丙酮的質量比為(0.1∶99.9)-(10∶90)，丙酮與樹脂的質量比為(1∶99)-(30∶70)。

本發明將在復合材料成型的不同階段，對碳納米管在溶液中或樹脂中進行取向，具體包括：碳納米管在溶液中或樹脂中的分散和預取向、樹脂或溶液導入復合材料成型區前的再取向和復合材料成型中的取向，這三個取向窗口，從而使得碳納米管(磁性碳納米管/其他磁性感應性微粒材料)獲得良好的取向度。

本發明具有使碳納米管取向度高、與復合材料成型工藝結合緊密，成品質量有保證，操作簡單等優點。

附圖說明

圖1本發明的工作原理示意圖；

圖2為本發明的復合材料成型取向中施加磁場示意圖。

具體實施方式

為使本發明更明顯易懂，茲以一優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。

實施例1

本實施例提供了一種在復合材料成型工藝中取向碳納米管的方法，其中，復合材料是指兩種或兩種以上具有不同物理、化學性質的材料，以微觀、介觀或宏觀等不同的結構尺度與層次，經過復雜的空間組合而形成的一個材料系統。其性能與功能往往遠遠超出其單質組分性能與功能。復合材料成型工藝，指包括樹脂轉移模塑RTM，真空輔助樹脂轉移模塑VARTM，真空注塑VARI等成型工藝。本實施例的具體步驟為：

步驟1、分散：在如圖1所示的分散和預取向區1中將碳納米管分散在質量百分濃度為99.5％的丙酮中，超聲處理0.5h，然后加入樹脂中，采用高速攪拌機在400轉速下機械分散0.5h形成碳納米管分散體系，其中，碳納米管與丙酮的質量比為10∶90，丙酮與樹脂的質量比為10∶90。

在本實施例中，樹脂粘度取為140mPa·s，樹脂注入壓力取為60kPa。

碳納米管包括未經處理的各種單壁/多壁碳納米管，經過表面處理(如酸化、臭氧化等)的碳納米管，鎳/鐵氧體等磁性材料包覆的碳納米管。另外，一些磁感應性微粒，如石墨片、石墨球、碳包金屬微粒等，也適用于本方法。碳納米管種類不同，得到的取向度也有差異。本實例中優選地使用鎳/鐵氧體包覆的碳納米管。

步驟2、預取向：在如圖1所示的分散和預取向區1中將碳納米管分散體系置于強度為0.01T的磁場中作用3h形成碳納米管流體。