[發明專利]碳強化的增強纖維在含水或非水介質內的分散

在審

• 申請號: 201380053995.1
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN104718170A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: S·W·施威格爾;S·A·瑞尼;L·J·艾德茲瑪
• 申請（專利權）人: OCV智識資本有限責任公司
• 主分類號: C03C25/32
• 分類號: C03C25/32;C03C25/40;D06M15/21;D21H13/40
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 任宗華

本申請要求2012年9月4日提交的美國臨時申請No.61/696,500和2012年12月5日提交的美國臨時申請No.61/733,672的優先權，它們在本文中通過參考全文引入。

技術領域

本發明的一般概念一般地涉及碳納米結構(CNSs)和碳強化的增強(CER)纖維，和更特別地，在含水或非水介質內CNSs或CER纖維的控制分散。本發明的一般概念特別地涉及CNSs或CER纖維在含水或非水介質內的控制分散以供形成非織造的CNS或短切的CER纖維墊。還提供CNSs或CER纖維在含水或非水介質內的分散方法。

背景技術

碳納米結構(CNSs)包括碳納米材料，例如碳納米管，它例如具有使得它們定位于寬泛范圍的可能應用的獨特性能。CNSs是與石墨圓柱體的富勒烯有關的結構，它具有提供高的機械性能，亦即拉伸強度和彈性模量，優良的導熱率和導電率，和高的長徑比的獨特原子結構。一組CNSs是碳納米管(CNTs)，它通常是未支化的且可包括單壁碳納米管(SWCNTs)，雙壁碳納米管(DWCNTs)，和多壁碳納米管(MWCNTs)。

CNSs的獨特結構和性能造成它們可用于各種應用，其中包括發現在機動車應用，航空應用，電池應用，熱管理應用，電磁干涉(EMI)屏蔽應用和許多其他應用中使用的導電聚合物復合材料。

CNSs顯示出強的范德華力，它吸引單獨的CNSs到彼此上，從而引起CNSs聚集成纖維束，聚集體或成組，使得CNSs難以分散。因此，本領域需要改進并控制在介質內分散CNSs和CER纖維的方法。例如，期望控制CER纖維的分散，以提供具有最大的結構、熱和電性能的非織造的短切CER纖維墊。

發明內容

本發明的一般概念包括在含水或非水介質內控制CNSs或碳強化的增強(CER)纖維分散的方法。該方法包括摻入CNSs或短切的CER纖維到白水溶液內，所述白水溶液包括一種或多種粘度改性劑，分散介質，粘合劑，殺生物劑，和消泡劑。

在一些例舉的實施方案中，CER纖維由在纖維上就地生長的多個碳納米結構組成。CNSs顯示出強的范德華力，它吸引單獨的CNSs到彼此上，引起CNSs聚集成纖維束，聚集體或成組，使得CNSs難以分散。碳強化的增強(CER)纖維輔助改進CNSs的分散。CER纖維包括在纖維基底上就地生長，或者在其他情況下固定，粘附，粘合或附著到纖維基底上的CNSs。

開發了在纖維基底上使CNSs生長，或者在其他情況下，固定，粘附，粘合或在其他情況下附著CNSs到纖維基底上，形成碳強化的增強(CER)纖維的各種方法。CNSs從纖維基底向外以隨機和結構纏結的方式徑向生長，形成滲透(percolated)的網絡，當它們生長時。滲透是形成導電介質很好地連接的路徑。在整個加工當中，CNSs可保持直接粘結到單獨的纖維基底上，使得纖維充當支架，輔助CNSs在分散介質當中分散。通過接枝或者在其他情況下粘結或粘合單獨的CNSs到纖維上，在纖維基底的表面上預分散CNSs。若CNSs沒有粘附到基底上，則CNSs的吸引力傾向于引起CNSs聚集。認為在基底上使CNSs生長，或者在其他情況下，將CNSs束縛，接枝，粘結到基底上將輔助CER在介質內分散，并進而總體形成滲透的網絡。認為，在纖維基底上直接包括CNS傾向于降低CNSs聚集和團簇在一起的傾向。盡管如此，但期望進一步改進和控制CER纖維的分散性。

在一些例舉的實施方案中，該方法進一步包括攪拌白水溶液和CNSs或CER纖維，形成徹底分散的CNS或CER漿液。

在一些例舉的實施方案中，白水溶液包括含水，礦物油和/或己烷的分散介質。在一些例舉的實施方案中，白水溶液包括表面活性劑包(package)，所述表面活性劑包可包括一種或多種非離子或離子表面活性劑。

在一些例舉的實施方案中，該方法進一步包括給白水溶液充氣。在其他的例舉實施方案中，官能化在CER纖維上的游離CNSs或CNSs。

在一些例舉的實施方案中，通過以上所述的例舉方法，形成非織造的CNS或短切的CER墊。

本發明的一般概念包括形成非織造的短切CER墊的方法。在一些例舉的實施方案中，該方法包括添加短切的CER纖維到在混合罐中包含的白水溶液內。然后在白水溶液中攪拌該CER纖維，生成徹底分散的CER纖維漿液。可使該漿液流入到第二混合罐內，在此再次攪拌該漿液。然后使該漿液流動到多孔傳送帶體系上，形成CER纖維網。施加粘合劑到纖維網上，并干燥該纖維網，形成非織造的短切CER墊。