[发明专利]碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其涉及一种碳纳米管复合材料 的制备方法。

背景技术

自1991年日本NEC公司的Iijima发现碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT) 以来(Iijima S.，Nature，1991，354，56-58)，碳纳米管引起了科学界及产业界的 极大重视，是近年来国际科学研究的热点。碳纳米管具有与金刚石相同的热 导和独特的力学性能，如抗张强度达100千兆帕，模量高达1800千兆帕， 且耐强酸、强碱，600℃以下基本不氧化等。

由于碳纳米管具有如此优异的性能，利用碳纳米管作为填充物与其它材 料复合已成为碳纳米管应用的一个重要方向。特别地，碳纳米管与其他材料， 例如金属、半导体或者高分子材料等的复合可以实现材料的优势互补或加 强。碳纳米管具有较大的长径比和中空的结构，具有优异的力学性能，可作 为一种超级纤维，对复合材料起到增强作用。此外，碳纳米管具有优异的导 热性能，利用碳纳米管的导热性能使该复合材料具有良好的热传导性。

现有技术多以粒子填充高分子材料的形式来制备碳纳米管复合材料，由 于碳纳米管容易团聚，需先对碳纳米管进行表面改性和功能化处理，而后采 用溶液或熔融的方法与高分子材料复合。现有技术中一种制备碳纳米管复合 材料的方法包括以下步骤：(一)将0.3重量份的多壁碳纳米管粉末投入到 10重量份的浓硝酸中，在100℃搅拌回流20小时，用蒸馏水洗去酸液，90 ℃下真空干燥10小时；(二)将上述产物羧酸化碳纳米管加入到10重量份 草酰氯中，在90℃下搅拌10小时，蒸除未反应的草酰氯，从而得到酰氯化 的碳纳米管；(三)将酰氯化的碳纳米管放入冰浴中慢速搅拌，并滴加1 0重 量份的干燥乙二胺，在100℃下抽真空干燥10小时；(四)将上述酰胺化碳 纳米管加入到20重量份的乙醇溶剂中，超声波处理15分钟，加入2重量份 环氧树脂，高速搅拌分散20分钟，蒸除溶剂，加热至60℃，按照环氧树脂 的环氧基团与固化剂中胺基氢原子物质的摩尔比为1∶1的比例加入固化剂 苯二胺，使碳纳米管分散均匀；(五)将复合体系倒入模具中，升温至80℃ 后固化2小时，然后在150℃下固化2小时，得到碳纳米管/环氧树脂复合材 料。

上述碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备方法存在以下缺点：其一，在碳 纳米管复合材料的制备过程中，为使碳纳米管在高分子材料中能够更好的分 散，需将碳纳米管粉末与高分子材料混合并对碳纳米管进行表面修饰，这种 表面修饰会严重地破坏碳纳米管的结构，从而影响了碳纳米管复合材料的性 能；其二，在制备碳纳米管复合材料的过程中需要添加溶剂，而所添加的溶 剂很难除去，从而使得碳纳米管复合材料成分不纯；其三，该方法无法实现 碳纳米管在复合材料中的固定取向，使得碳纳米管在复合材料中不能发挥其 轴向性优势，从而影响了碳纳米管复合材料的性能；其四，所述碳纳米管复 合材料的制备方法需要对碳纳米管进行表面修饰，并采用添加溶剂对其进行 分散，工艺复杂且成本较高。

有鉴于此，提供一种具有优良特性的碳纳米管复合材料的制备方法十分 必要，且该制备方法简单、易于实现、成本低廉。

发明内容

一种碳纳米管复合材料的制备方法，其包括以下步骤：制备一自支撑的 碳纳米管薄膜结构；提供一液态热固性高分子材料；将所述液态热固性高分 子材料浸润所述碳纳米管薄膜结构；固化上述被液态热固性高分子材料浸润 的碳纳米管薄膜结构，得到一碳纳米管复合材料。

与现有技术相比，本技术方案采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中直接拉 取获得一碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜中碳纳米管均匀分布且择优取向排 列。故该碳纳米管复合材料的制备方法具有以下优点：其一，采用碳纳米管 均匀分布的碳纳米管薄膜与液态热固性高分子材料复合，无需对碳纳米管进 行表面修饰，不会破坏碳纳米管的结构，提高了所制备的碳纳米管复合材料 的性能；其二，碳纳米管薄膜的制备过程中无需使用添加剂，使得所制备的 碳纳米管复合材料成分较纯、性能良好；其三，采用将液态热固性高分子材 料浸润所述碳纳米管薄膜结构的方法制备碳纳米管复合材料，简化了制备过 程，降低了生产成本。

附图说明

图1为本技术方案实施例的碳纳米管复合材料的制备方法的流程图。

图2为本技术方案实施例的碳纳米管薄膜结构的结构示意图。