[发明专利]碳纳米管胶囊及制备方法,其复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米胶囊及该碳纳米胶囊的制备方法，具该碳纳米胶囊的复合材料及该复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维具有高比强度，高比模量，耐疲劳，抗蠕变和热膨胀系数小等一系列优异的性能，使其成为近年来最重要的复合材料之一，并在许多领域得到广泛应用。如碳纤维/环氧树脂复合材料已广泛用于航天航空，军事工业和体育运动器材等领域。但由于碳纤维表面惰性大，表面能低，有化学活性的功能团少，反应活性低，与基体粘结性差，复合材料界面存在较多缺陷，如界面粘结强度低，界面性能差等。另外，碳纤维复合材料在垂直纤维方向的力学性能差，纤维之间的基体容易开裂，使得碳纤维材料层间强度低和三维力学性能较差，这影响了碳纤维复合材料整体性能的发挥。

碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)是一种新型碳材料，其具有极高的轴向强度与较高的弹性模量，长径比大，比表面积大，高温稳定，减摩耐磨性好而被广泛应用。而且经过化学修饰后的碳纳米管其表面可获得多个官能团，具有很好的反应活性。Seon Mi Yoon等人于2006年1月20日申请，于2006年9月24日公开的美国第US20060189822号公开专利申请将碳纳米管修饰后与聚合物接枝，制作成复合材料。而且，赫晓东等人于2007年1026日申请，于2008年5月7日公开的中国第CN101173386号公开专利申请，还公开了一种新的碳纤维，该专利申请在碳纤维表面接枝经过修饰后的碳纳米管，利用碳纳米管的力学性能改善碳纤维材料的固有缺陷；利用碳纳米管表面的官能团如羧基，胺基等改善所述碳纤维的表面粘结性与活性，使其与基体更好的接枝。

然而，这类接枝方法无一例外都需要对碳纳米管进行化学修饰以提高碳纳米管的活性，及需要在所述碳纳米管表面形成多个官能团。而在修饰所述碳纳米管时，碳纳米管酸化的过程几乎是必要步骤，如在中国第CN101173386号公开专利申请中，所述碳纳米管被置于硫酸与硝酸的混合溶液中用超声处理8～12分钟，然后再在高温下回流4小时左右，使该碳纳米管表面修饰有如羟基，羧基等官能团。再如美国第20060189822号公开专利申请也需要将碳纳米管在强酸下进行预处理，然后再与特定的聚合物反应，使所述碳纳米管表面修饰所需要的官能团。但是，所述碳纳米管经过酸化处理后，其结构会遭到不同程度的破坏，如长度被剪切，表面产生缺陷等，使拉伸强度明显下降，对力学性能损伤严重。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种使碳纳米管的结构不被破坏的碳纳米管胶囊及制备方法，具该碳纳米胶囊的复合材料及制备方法。

一种碳纳米管胶囊，其包括至少一碳纳米管及包覆所述至少一碳纳米管的一囊壁，该囊壁由聚合物制成且其表面具有多个第一官能团。

一种复合材料，其包括一纤维及接枝在所述纤维表面的至少一碳纳米管胶囊。所述碳纳米管胶囊通过化学键与所述纤维接枝。所述碳纳米管胶囊包括至少一碳纳米管及一包覆所述至少一碳纳米管的囊壁，所述囊壁由聚合物制成。

一种复合材料，其包括一碳纤维及接枝在所述碳纤维表面的多个碳纳米管胶囊。所述碳纳米管胶囊包括多个碳纳米管、包覆所述多个碳纳米管的一第一囊壁及包覆所述第一囊壁的一第二囊壁，所述第一囊壁及第二囊壁均由聚合物制成。所述第二囊壁通过化学键与所述碳纤维接枝。

一种碳纳米管胶囊的制备方法，其包括如下步骤：提供第一聚合物单体、碳纳米管及第一反应介质；将所述碳纳米管及第一聚合物单体分散在第一反应介质中，使该第一聚合物单体在第一反应介质中发生聚合反应生成第一囊壁并使该第一囊壁包覆至少一碳纳米管；从所述第一反应介质中分离出具有包覆其外的第一囊壁的碳纳米管；提供第二聚合物单体及第二反应介质，并将该第二聚合物单体及所述具有包覆其外的第一囊壁的碳纳米管分散在该第二反应介质中，使该第二聚合物单体在第二反应介质中发生聚合反应生成第二囊壁并使该第二囊壁包覆所述具有包覆其外的第一囊壁的碳纳米管；从所述第二反应介质中分离出具有包覆其外的第一和第二囊壁的碳纳米管。

一种复合材料的制备方法，其包括如下步骤：提供一纤维，所述纤维表面具有多个官能团；形成一聚合物囊壁，该聚合物囊壁外表面具有多个官能团，并使该聚合物囊壁内包覆至少一碳纳米管；将所述聚合物囊壁外表面具有多个官能团与所述所述纤维表面具有多个官能团通过化学键相结合。

与现有技术相比，本发明提供的碳纳米管胶囊选择将所述碳纳米管包覆在一具有第一管能团的囊壁中，使该碳纳米管表面具有多个第一官能团的同时，其结构不受到破坏。

附图说明