專利名稱：一種高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自1991年日本的NEC公司的Ii jima發(fā)現(xiàn)碳納米管(Carbon Nanotube, CNT)以來(lái)(Iijima S.Helical Microtubules of Graphitic Carbon.Nature, 1991, 354:56-58)，碳納米管引起了科學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的極大重視，成為近年來(lái)國(guó)際科學(xué)研究的熱點(diǎn)。它不僅具有獨(dú)特的一維管狀納米結(jié)構(gòu)，而且同時(shí)也是迄今為止發(fā)現(xiàn)的唯一兼具超高機(jī)械性能、熱性能和電性能的超級(jí)材料，在微納米電子器件、能量存儲(chǔ)器件、結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。鑒于其優(yōu)異的綜合性能，采用碳納米管作為填充物與其它材料的復(fù)合已成為拓展碳納米管應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。尤其值得一提的是，碳納米管與高分子材料的復(fù)合可以實(shí)現(xiàn)不同材料間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)或加強(qiáng)。目前，現(xiàn)有的研究工作主要以納米粒子填充高分子材料的形式來(lái)制備碳納米管復(fù)合材料，即先對(duì)碳納米管進(jìn)行表面改性和功能化處理，而后采用溶液或熔融等方法與高分子材料復(fù)合，但存在著一些不足，主要表現(xiàn)在:I)在碳納米管復(fù)合材料的制備過(guò)程中，常需要對(duì)碳納米管進(jìn)行表面修飾，進(jìn)而保證碳納米管在高分子材料中均勻地分散，但這往往嚴(yán)重地破壞碳納米管原有的完整結(jié)構(gòu)，最終影響了碳納米管復(fù)合材料的性能；2)在制備碳納米管復(fù)合材料的過(guò)程中，常需通過(guò)添加溶劑以提高復(fù)合材料的加工性能與碳納米管的分散性，但是，由于所添加的溶劑很難完全地除掉，導(dǎo)致所得碳納米管復(fù)合材料的成分不純；3)現(xiàn)有研究成果證實(shí)，添加低含量的碳納米管很難達(dá)到顯著提高復(fù)合材料綜合性能的目的；而碳納米管的高比表面積和管間強(qiáng)范德華相互作用力往往導(dǎo)致其與高分子材料混合時(shí)的粘度大、極易團(tuán)聚，因而傳統(tǒng)復(fù)合材料制備方法(如溶液共混、熔融共混或原位聚合等)均難以得到高含量(>10wt%)、優(yōu)異分散性的碳納米管復(fù)合材料；4)現(xiàn)有碳納米管復(fù)合材料的制備工藝復(fù)雜，成本較高。針對(duì)上述問(wèn)題，研究者設(shè)計(jì)出碳納米管紙/聚合物復(fù)合材料，即先將碳納米管制成碳納米管紙，再采用不同的方法(如溶液浸潰、熔融浸潰等方法)將其與聚合物復(fù)合(WangZ, Liang ZY, Wang B, Zhang C， Kramer L.Processing and property investigationof single-walled carbon nanotube (SffNT) buckypaper/epoxy resin matrixnanocomposites.Compos Part A-APPL S, 2004, 35: 1225-1232 ;王佳平，程群峰，姜開(kāi)利，范守善.碳納米管復(fù)合材料的制備方法，CN 101456277 A)。這種方法既能克服碳納米管復(fù)合材料高粘度以及難以實(shí)現(xiàn)碳納米管高填充量的難題，又能保證碳納米管在聚合物中均勻分散，從而獲得結(jié)構(gòu)可控、綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料。顯然，上述研究工作充分顯示出了碳納米管紙用于構(gòu)筑分散均勻、綜合性能優(yōu)異的碳納米管復(fù)合材料的優(yōu)越性。但是，如果將碳納米管紙用于復(fù)合改性熱塑性樹(shù)脂則仍存在許多不足，這是由于熱塑性樹(shù)脂具有高的粘度和優(yōu)異的耐溶劑性能，因而傳統(tǒng)的碳納米管紙/聚合物復(fù)合材料制備方法均無(wú)法將熱塑性樹(shù)脂滲入碳納米管紙中碳納米管間的孔隙，尤其是表層以內(nèi)的孔隙，從而難以大幅度地提高復(fù)合材料的綜合性能。另一方面，熱塑性樹(shù)脂高的粘度往往導(dǎo)致復(fù)合材料在成型過(guò)程中具有較高的橫向剪切力，從而產(chǎn)生微裂紋，甚至破裂，最終無(wú)法體現(xiàn)碳納米管紙用于改性熱塑性樹(shù)脂的優(yōu)越性。因此，如何探索新穎的碳納米管紙/熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法是拓展碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域所亟待解決的關(guān)鍵課題之一。針對(duì)現(xiàn)有碳納米管紙/熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料所存在的問(wèn)題，提供一種具有優(yōu)異綜合性能的碳納米管/熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，且該制備方法簡(jiǎn)單、適用性廣、成本低廉，從而能夠解決碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料所亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)異綜合性能的碳納米管/熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，且該制備方法簡(jiǎn)單、適用性廣、成本低廉，從而能夠解決碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料所亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:提供一種高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述制備高含量碳納米管熱塑性復(fù)合材料的步驟包括:a)碳納米管紙的制備；b)將熱塑性樹(shù)脂均勻粉末噴灑于碳納米管紙表面；c)上述負(fù)載熱塑性樹(shù)脂粉末的碳納米管紙的加壓，形成碳納米管紙/熱塑性樹(shù)脂預(yù)制體；d)上述預(yù)制體的加熱加壓，得到高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料。所述的碳納米管紙的制備系將碳納米管通過(guò)原位法或離位法組裝實(shí)現(xiàn)的；所述的原位法是采用CVD法直接制備出碳納米管紙；所述的離位法是先把碳納米管與表面活性劑分散在溶劑中，然后采用真空抽濾的方法將碳納米管制成碳納米管紙。所述的碳納米管為 單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管中的一種，或它們的組合；所述單壁碳納米管的直徑為0.5 10nm ;所述的雙壁碳納米管的直徑為
1.(T20nm ;所述多壁碳納米管的直徑為1.5^50nm ;所述碳納米管紙的厚度為l(T200um。所述的將熱塑性樹(shù)脂粉末均勻噴灑于碳納米管紙表面的質(zhì)量由最終復(fù)合材料中樹(shù)脂的含量所決定的。所述的熱塑性樹(shù)脂粉末為聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚醚酮、聚砜、聚醚砜、熱塑性聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚，聚乙酸乙烯酯和聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑粉末中的一種，或它們的組合；所述的熱塑性樹(shù)脂粉末的粒徑為0.5 200um。所述負(fù)載熱塑性樹(shù)脂粉末的碳納米管紙的加壓的壓力為IlOOkN ;所述負(fù)載熱塑性樹(shù)脂粉末的碳納米管紙的保壓時(shí)間為0.Γ300πι η ;所述負(fù)載熱塑性樹(shù)脂粉末的碳納米管紙的保壓溫度為-5(T50°C。所述的預(yù)制體的加熱加壓，得到高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的步驟包括:I)將至少一層的碳納米管紙/熱塑性樹(shù)脂預(yù)制體放置于模具中；2)將該模具放置于加熱裝置中，對(duì)該模具施加f IOOkN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至小于400°C后，在真空(相對(duì)真空度小于-0.0lMPa)或大氣氣氛下保壓f400分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料。所述高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料可通過(guò)控制熱塑性樹(shù)脂粉末噴灑在碳納米管紙表面的質(zhì)量，控制碳納米管在層狀復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到l(T60wt%。所述的加熱裝置包括加熱板、熱壓機(jī)、平板硫化儀、熱壓罐或者烘箱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果是:1.本發(fā)明利用加壓的方式，將粒徑可控的熱塑性樹(shù)脂粉末機(jī)械地嵌入碳納米管紙的碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而不僅能使更多的熱塑性樹(shù)脂填充到碳納米管紙中碳納米管間的孔隙，而且還能夠有效地緩解熱塑性樹(shù)脂高粘度所帶來(lái)的力學(xué)損傷等后果，因此，所得到的高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。2.本發(fā)明所提供的技術(shù)方案將熱塑性樹(shù)脂粉末噴灑于碳納米管紙中后，可直接加壓、加熱、真空處理，且無(wú)需額外的添加有機(jī)溶劑，因此，具有環(huán)境友好、適用性廣、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，能夠解決碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料所亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法的流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1提供的高含量碳納米管高密度聚乙烯復(fù)合材料的斷面SEM圖；圖3是本發(fā)明對(duì)比例提供的高含量碳納米管高密度聚乙烯復(fù)合材料的斷面SEM圖；圖4是本發(fā)明不同實(shí)施例1和對(duì)比例提供的材料的拉伸強(qiáng)度柱狀對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，本技術(shù)方案所提供的高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法請(qǐng)參考圖1。實(shí)施例11.碳納米管紙的制備碳納米管紙可直接選用中國(guó)蘇州捷迪納米科技有限公司、南京吉倉(cāng)納米科技有限公司、美國(guó) Materials & Electrochemical Research,美國(guó) Nanocomp Technologies 等公司生產(chǎn)的碳納米管紙。在本實(shí)施例中，采用美國(guó)Nanocomp Technologies公司生產(chǎn)的由平均直徑為3 8nm的多壁碳納米管所制成的厚度為50um的碳納米管紙。2.將平均粒徑為20um的高密度聚乙烯粉末均勻粉末噴灑于由美國(guó)NanocompTechnologies公司提供的碳納米管紙表面。3.對(duì)負(fù)載高密度聚乙烯粉末的碳納米管紙施加IOOkN的壓力，保壓時(shí)間為20分鐘，保壓溫度為25°C，得到碳納米管紙/高密度聚乙烯預(yù)制體。4.碳納米管紙/高密度聚乙烯預(yù)制體的加熱加壓成型I)將一層的碳納米管紙/高密度聚乙烯預(yù)制體放置于模具中；
2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加IkN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至220°C后，在大氣氣氛下保壓20分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管高密度聚乙烯復(fù)合材料。碳納米管在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用熱重分析儀(TGA)測(cè)量，其碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30wt%。該復(fù)合材料的斷面SEM與拉伸強(qiáng)度參見(jiàn)圖2和圖4。實(shí)施例21.碳納米管紙的制備采用離位法，即將平均直徑為0.5nm的單壁碳納米管和曲拉通X-100超聲分散在水中，經(jīng)真空抽濾后，即可得到厚度為IOum的碳納米管紙。2.將平均粒徑為Ium的聚丙烯粉末均勻粉末噴灑于上述步驟I所制備的碳納米管
紙表面。3.對(duì)負(fù)載聚丙烯粉末的碳納米管紙施加400kN的壓力，保壓時(shí)間為300分鐘，保壓溫度為50°C，得到碳納米管紙/聚丙烯預(yù)制體。4.碳納米管紙/聚丙烯預(yù)制體的加熱加壓成型I)將二層的碳納米管紙/聚丙烯預(yù)制體放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加400kN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至150°C后，在真空(相對(duì)真空度小于-0.0lMPa)下保壓400分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管聚丙烯復(fù)合材料。實(shí)施例31.碳納米管紙的制備采用原位法，即在硅基底上沉積一層納米鐵催化劑，然后將碳源和載氣通入高溫反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)，即可收集到由平均直徑為1.0nm的雙壁碳納米管所組成的厚度為200um的碳納米管紙。2.將平均粒徑為200um的聚苯硫醚粉末均勻粉末噴灑于上述步驟I所制備的碳納
米管紙表面。3.對(duì)負(fù)載聚苯硫醚粉末的碳納米管紙施加IkN的壓力，保壓時(shí)間為0.1分鐘，保壓溫度為-50°C，得到碳納米管紙/聚苯硫醚預(yù)制體。4.碳納米管紙/聚苯硫醚預(yù)制體的加熱加壓成型I)將三層的碳納米管紙/聚苯硫醚預(yù)制體放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加IkN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至320°C后，在大氣氣氛下保壓I分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管聚苯硫醚復(fù)合材料。實(shí)施例41.碳納米管紙的制備采用離位法，即將平均直徑為2.0nm的單壁碳納米管和曲拉通X-100超聲分散在水中，經(jīng)真空抽濾后，即可得到厚度為20um的碳納米管紙。2.將平均粒徑為30um的聚苯醚粉末均勻粉末噴灑于上述步驟I所制備的碳納米
管紙表面。3.對(duì)負(fù)載聚苯醚粉末的碳納米管紙施加200kN的壓力，保壓時(shí)間為30分鐘，保壓溫度為-20°C，得到碳納米管紙/聚苯醚預(yù)制體。4.碳納米管紙/聚苯醚預(yù)制體的加熱加壓成型I)將一層的碳納米管紙/聚苯醚預(yù)制體放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加IOkN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至280°C后，在大氣氣氛下保壓30分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管聚苯醚復(fù)合材料。實(shí)施例51.碳納米管紙的制備采用離位法，即將平均直徑為1.5nm的多壁碳納米管和曲拉通X_100超聲分散在水中，經(jīng)真空抽濾后，即可得到厚度為70um的碳納米管紙。2.將平均粒徑為50um的熱塑性聚酰亞胺粉末均勻粉末噴灑于上述步驟I所制備的碳納米管紙表面。3.對(duì)負(fù)載熱塑性聚酰亞胺粉末的碳納米管紙施加IOOkN的壓力，保壓時(shí)間為60分鐘，保壓溫度為25°C，得到碳納米管紙/熱塑性聚酰亞胺預(yù)制體。4.碳納米管紙/熱塑性聚酰亞胺預(yù)制體的加熱加壓成型I)將一層的碳納米管紙/熱塑性聚酰亞胺預(yù)制體放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加50kN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至360°C后，在大氣氣氛下保壓8分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管熱塑性聚酰亞胺復(fù)合材料。實(shí)施例61.碳納米管紙的制備采用原位法，即在硅基底上沉積一層納米鐵催化劑，然后將碳源和載氣通入高溫反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)，即可收集到由平均直徑為3.0nm的雙壁碳納米管所組成的厚度為40um的碳納米管紙。2.將平均粒徑為20um的聚醚酮粉末均勻粉末噴灑于上述步驟I所制備的碳納米
管紙表面。3.對(duì)負(fù)載聚醚酮粉末的碳納米管紙施加200kN的壓力，保壓時(shí)間為10分鐘，保壓溫度為25°C，得到碳納米管紙/聚醚酮預(yù)制體。4.碳納米管紙/聚醚酮預(yù)制體的加熱加壓成型I)將一層的碳納米管紙/聚醚酮預(yù)制體放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加40kN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至380°C后，在大氣氣氛下保壓15分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管聚醚酮復(fù)合材料。實(shí)施例71.碳納米管紙的制備采用離位法，即將平均直徑為50nm的多壁碳納米管和曲拉通X-100超聲分散在水中，經(jīng)真空抽濾后，即可得到厚度為150um的碳納米管紙。2.將平均粒徑為IOOum的聚碳酸酯粉末均勻粉末噴灑于上述步驟I所制備的碳納
米管紙表面。
3.對(duì)負(fù)載聚碳酸酯粉末的碳納米管紙施加300kN的壓力，保壓時(shí)間為30分鐘，保壓溫度為25°C，得到碳納米管紙/聚碳酸酯預(yù)制體。4.碳納米管紙/聚碳酸酯預(yù)制體的加熱加壓成型I)將五層的碳納米管紙/聚碳酸酯預(yù)制體放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加30kN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至240°C后，在大氣氣氛下保壓30分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管聚碳酸酯復(fù)合材料。實(shí)施例81.碳納米管紙的制備采用離位法，即將平均直徑為IOnm的單壁碳納米管和十二烷基硫酸鈉超聲分散在水中，經(jīng)真空抽濾后，即可得到厚度為30um的碳納米管紙。2.將平均粒徑為50um的聚苯乙烯粉末均勻粉末噴灑于上述步驟I所制備的碳納
米管紙表面。3.對(duì)負(fù)載聚苯乙烯粉末的碳納米管紙施加400kN的壓力，保壓時(shí)間為30分鐘，保壓溫度為25°C，得到碳納米管紙/聚苯乙烯預(yù)制體。4.碳納米管紙/聚苯乙烯預(yù)制體的加熱加壓成型I)將十層的碳納米管紙/聚苯乙烯預(yù)制體放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加50kN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至150°C后，在大氣氣氛下保壓60分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管聚苯乙烯復(fù)合材料。實(shí)施例91.碳納米管紙的制備采用原位法，即在硅基底上沉積一層納米鐵催化劑，然后將碳源和載氣通入高溫反應(yīng)區(qū)中反應(yīng)，即可收集到由平均直徑為20nm的雙壁碳納米管所組成的厚度為SOum的碳納米管紙。2.將平均粒徑為30um的聚醚砜粉末均勻粉末噴灑于上述步驟I所制備的碳納米
管紙表面。3.對(duì)負(fù)載聚醚砜粉末的碳納米管紙施加250kN的壓力，保壓時(shí)間為90分鐘，保壓溫度為25°C，得到碳納米管紙/聚醚砜預(yù)制體。4.碳納米管紙/聚醚砜預(yù)制體的加熱加壓成型I)將十層的碳納米管紙/聚醚砜預(yù)制體放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加60kN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至300°C后，在大氣氣氛下保壓10分鐘；

3)脫模后，即得到高含量碳納米管聚醚砜復(fù)合材料。對(duì)比例I1.碳納米管紙的制備在本對(duì)比實(shí)施例中,采用美國(guó)Nanocomp Technologies公司生產(chǎn)的由平均直徑為3^8nm的多壁碳納米管所制成的厚度為50um的碳納米管紙。2.碳納米管紙和高密度聚乙烯薄膜的加熱加壓成型
I)將一層的碳納米管紙和一層高密度聚乙烯薄膜堆疊放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加IkN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至220°C后，在大氣氣氛下保壓20分鐘；3)脫模后，即得到高含量碳納米管高密度聚乙烯復(fù)合材料。碳納米管在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用熱重分析儀(TGA)測(cè)量，其碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為30wt%。該復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與斷面SEM參見(jiàn)圖3和圖4。對(duì)比例2I)將二層高密度聚乙烯薄膜堆疊放置于模具中；2)將該模具放置于熱壓機(jī)中，對(duì)該模具施加IkN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至220°C后，在大氣氣氛下保壓20分鐘；3)脫模后，即得到高密度聚乙烯。該復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度參見(jiàn)圖4。參見(jiàn)圖2，它是是本發(fā)明實(shí)施例1提供的高含量碳納米管高密度聚乙烯復(fù)合材料的斷面SEM圖；參見(jiàn)圖3是本發(fā)明對(duì)比例提供的高含量碳納米管高密度聚乙烯復(fù)合材料的斷面SEM圖。由圖2和圖3可以看出，與薄膜熔融熱壓成型相比，本發(fā)明所公開(kāi)的粉末熱壓成型技術(shù)能夠?qū)⒏嗟臒崴苄詷?shù)脂粉末滲入碳納米管紙中碳納米管的孔隙中。參見(jiàn)圖4，它是是本發(fā)明不同實(shí)施例1和對(duì)比例提供的材料的拉伸強(qiáng)度柱狀對(duì)比圖。從圖4可以看出，與純的高密度聚乙烯及采用薄膜熔融熱壓成型的高含量碳納米管高密度聚乙烯復(fù)合材料相比，采用本發(fā)明所公開(kāi)的粉末熱壓成型所制得的高含量碳納米管高密度聚乙烯復(fù)合材料具有更高的拉伸強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述制備高含量碳納米管熱塑性復(fù)合材料的步驟包括:a)碳納米管紙的制備；b)將熱塑性樹(shù)脂均勻粉末噴灑于碳納米管紙表面；c)上述負(fù)載熱塑性樹(shù)脂粉末的碳納米管紙的加壓，形成碳納米管紙/熱塑性樹(shù)脂預(yù)制體；d)上述預(yù)制體的加熱加壓，得到高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的碳納米管紙的制備系將碳納米管通過(guò)原位法或離位法組裝實(shí)現(xiàn)的；所述的原位法是采用CVD法直接制備出碳納米管紙；所述的離位法是先把碳納米管與表面活性劑分散在溶劑中，然后采用真空抽濾的方法將碳納米管制 成碳納米管紙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管中的一種，或它們的組合；所述單壁碳納米管的直徑為0.5^10nm ;所述的雙壁碳納米管的直徑為1.(T20nm ;所述多壁碳納米管的直徑為1.5^50nm ;所述碳納米管紙的厚度為10 200um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的將熱塑性樹(shù)脂粉末均勻噴灑于碳納米管紙表面的質(zhì)量由最終復(fù)合材料中樹(shù)脂的含量所決定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的熱塑性樹(shù)脂粉末為聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚醚酮、聚砜、聚醚砜、熱塑性聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚，聚乙酸乙烯酯和聚對(duì)苯撐苯并雙惡唑粉末中的一種，或它們的組合；所述的熱塑性樹(shù)脂粉末的粒徑為0.5 200um。
6.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述負(fù)載熱塑性樹(shù)脂粉末的碳納米管紙的加壓的壓力為IlOOkN ;所述負(fù)載熱塑性樹(shù)脂粉末的碳納米管紙的保壓時(shí)間為0.Γ300分鐘；所述負(fù)載熱塑性樹(shù)脂粉末的碳納米管紙的保壓溫度為-5(T50°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的預(yù)制體的加熱加壓，得到高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的步驟包括: 1)將至少一層的碳納米管紙/熱塑性樹(shù)脂預(yù)制體放置于模具中； 2)將該模具放置于加熱裝置中，對(duì)該模具施加IlOOkN的壓力，同時(shí)加熱使該模具升溫至小于400°C后，在真空(相對(duì)真空度小于-0.0lMPa)或大氣氣氛下保壓廣400分鐘； 3)脫模后，即得到高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料可通過(guò)控制熱塑性樹(shù)脂粉末噴灑在碳納米管紙表面的質(zhì)量，控制碳納米管在層狀復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到l(T60wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的加熱裝置包括加熱板、熱壓機(jī)、平板硫化儀、熱壓罐或者烘箱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料的制備方法。該方法包括四個(gè)步驟a)碳納米管紙的制備；b)將熱塑性樹(shù)脂均勻粉末噴灑于碳納米管紙表面；c)上述負(fù)載熱塑性樹(shù)脂粉末的碳納米管紙的加壓，形成碳納米管紙/熱塑性樹(shù)脂預(yù)制體；d)上述預(yù)制體的加熱加壓，得到高含量碳納米管熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料。該復(fù)合材料表現(xiàn)出突出的力學(xué)性能，且具有環(huán)境友好、適用性廣、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在微納米電子器件、能量存儲(chǔ)器件、結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B29C70/34GK103144310SQ20131006713
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者吳立新, 卓東賢, 郭艷華, 馬林, 翁子驤 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所