[發(fā)明專利]一種定向取向的碳納米管/樹(shù)脂膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910141282.X
• 申請(qǐng)日: 2019-02-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109749107B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀雍律;江大志;張鑒煒;鞠蘇;劉鈞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C08J5/18
• 分類號(hào): C08J5/18;C08J5/04;C08J5/06;C08L63/00;C08L67/06;C08L79/08;B29D7/01
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 陳暉;張麗娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種定向取向的碳納米管/樹(shù)脂膜，包括樹(shù)脂膜和碳納米管，所述碳納米管呈陣列形式分布且自樹(shù)脂膜內(nèi)延伸至樹(shù)脂膜外，所述碳納米管的延伸方向與樹(shù)脂膜的厚度方向之間的夾角為α，0°≤α≤15°，所述碳納米管的長(zhǎng)徑比為500～5000，所述樹(shù)脂膜的成分為熱熔反應(yīng)性樹(shù)脂。本發(fā)明還公開(kāi)了前述碳納米管/樹(shù)脂膜的制備方法包括以下步驟：樹(shù)脂膜加熱熔融，樹(shù)脂膜垂直于陣列輕壓粘帶，冷凍降溫成膜。本發(fā)明的制備工藝實(shí)施簡(jiǎn)單，碳納米管取向度及形貌保持良好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及樹(shù)脂基復(fù)合碳納米管宏觀聚集體領(lǐng)域，尤其涉及一種定向取向的碳納米管/樹(shù)脂膜及其制備方法。

背景技術(shù)

大量研究表明，將碳納米管引入復(fù)合材料層間，能有效提高FRP復(fù)合材料抗分層損傷的能力同時(shí)還能明顯改善層間樹(shù)脂導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能。進(jìn)一步的，當(dāng)碳納米管在層間沿復(fù)合材料厚度方向取向時(shí)，其提升效果更為明顯。碳納米管陣列是一種采用模板催化劑CVD制備的，碳納米管垂直于生長(zhǎng)基底，并沿面內(nèi)方向周期性排列的，取向度、形貌、高度一致的一種碳納米管宏觀聚集體，這種宏觀聚集體可以通過(guò)控制碳納米管生長(zhǎng)條件來(lái)調(diào)節(jié)碳管的長(zhǎng)徑比與面密度（管-管間距）。碳納米管陣列所具有的面內(nèi)分布均勻，垂直取向度好，形貌一致可控的幾何特點(diǎn)和物理特性，很好地契合了傳統(tǒng)FRP復(fù)合材料層間增韌對(duì)碳納米管幾何外形、分布以及工藝的要求，是一種有效的復(fù)合材料層間功能改性及增韌相。

碳納米管之所以具有如此高取向度，主要是由于碳納米管陣列中，每跟碳納米管同其周圍的碳納米管間存在較強(qiáng)的范德華力，從而維持其的形貌，不至于倒伏。但是，陣列在轉(zhuǎn)移、二次加工時(shí)，由于缺乏基底支撐，外力極容易破壞其內(nèi)部范德華力的平衡，導(dǎo)致陣列發(fā)生破壞、散倒的現(xiàn)象。此外，當(dāng)碳納米管陣列獨(dú)立作為層間增強(qiáng)體插入時(shí)，由于缺乏樹(shù)脂的浸漬，成型過(guò)程中相鄰纖維鋪層間的壓力使得碳納米管陣列取向和分布被嚴(yán)重破壞。上述問(wèn)題都極大地限制了其工程應(yīng)用，尤其是在復(fù)合材料層間增韌方面的應(yīng)用。

理想的層間增韌用碳納米管應(yīng)為長(zhǎng)徑比較大的剛性針狀體，因此為了盡可能提升其增強(qiáng)效果，碳納米管長(zhǎng)徑比應(yīng)盡可能較大。但是研究表明，隨著碳納米管陣列高度增加，碳納米管本征生長(zhǎng)缺陷，如管壁上所形成的5-7-7-5、碳原子空穴缺陷隨之增加。這些缺陷除了影響碳納米管本征的力、電、熱等綜合性能，對(duì)碳納米管的本征形貌，尤其是取向度（取向度下降）、波紋度（波紋度上升）的影響明顯。此外，過(guò)高的碳納米管陣列，其軸向抗彎剛度以及抗室溫下降明顯，在對(duì)陣列厚度方向進(jìn)行操作時(shí)，由于軸向剛度下降，更容易發(fā)生彎曲、倒伏的現(xiàn)象，此外過(guò)于高的碳納米管陣列會(huì)增加復(fù)合材料纖維層間距，提升最終復(fù)合材料總厚度。降低碳納米管陣列長(zhǎng)徑比能有效減小這一問(wèn)題，但是過(guò)分降低碳納米管陣列長(zhǎng)徑比，從力學(xué)性能方面，會(huì)造成碳納米管增強(qiáng)增韌效率下降，從工藝方面來(lái)說(shuō)，碳納米管陣列高度下降會(huì)隨之降低碳納米管管間范德華力，引發(fā)其在轉(zhuǎn)移和二次成型加工過(guò)程中的開(kāi)裂、破壞。綜上所述，選取特定長(zhǎng)徑比的碳納米管作為層間增強(qiáng)相意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種易于制備儲(chǔ)存、應(yīng)用廣泛、轉(zhuǎn)移操作簡(jiǎn)單、碳納米管形貌與取向度保持良好且適用于復(fù)合材料層間的定向取向的碳納米管/樹(shù)脂膜及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種定向取向的碳納米管/樹(shù)脂膜，包括樹(shù)脂膜和碳納米管，所述碳納米管呈陣列形式分布且自樹(shù)脂膜內(nèi)延伸至樹(shù)脂膜外，所述碳納米管的延伸方向與樹(shù)脂膜的厚度方向之間的夾角為α，0°≤α≤15°，所述碳納米管的長(zhǎng)徑比為500～5000，所述樹(shù)脂膜的成分為熱熔反應(yīng)性樹(shù)脂。

作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

所述碳納米管包括位于樹(shù)脂膜內(nèi)的埋入部和位于樹(shù)脂膜外的伸出部，所述埋入部的長(zhǎng)度為碳納米管總長(zhǎng)度的5～50%。

所述碳納米管的高度為1～150μm，直徑為2～30nm，所述碳納米管在樹(shù)脂膜上的占空比為0.1%～5%。