[发明专利]CNT并入的金属纤维材料及其方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是2007年1月3日提交的美国专利申请11/619,327的部分继续案。该申请根据35U.S.C.§119要求以下美国临时申请号的优先权权益：61/168,516——2009年4月10日提交、61/169,055——2009年4月14日提交、61/155,935——2009年2月27日提交、61/157,096——2009年3月3日提交和61/182,153——2009年5月29日提交，其均通过引用其整体被并入本文。

发明领域

本发明涉及纤维材料，更具体地，涉及用碳纳米管改性的金属纤维材料。

发明背景

纤维材料在各行各业，如商业航空、娱乐、工业和运输业中被用于许多不同的应用。这些和其它应用通常使用的纤维材料包括，例如金属纤维、纤维素纤维、碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维和金属纤维。

尤其地，金属纤维材料被频繁地用于复合材料，以赋予导电性。在复合材料基体材料中具有随机取向的高纵横比金属纤维的使用允许低纤维载荷量，同时实现良好的导电性。然而，这种低水平载荷量赋予复合材料的拉伸强度很少的益处，其相对于母体基体材料几乎没有变化。虽然增加金属纤维的载荷量可能提高拉伸强度，但它会消极地影响复合材料的整体重量。

提供允许在复合材料中实现金属纤维材料的导电性能同时也增强金属纤维-基体材料界面并最终提高复合材料的拉伸强度的剂将是有益的。本发明满足该需求，并且还提供相关的优势。

发明内容

在一些方面中，本文公开的实施方式涉及包含碳纳米管(CNT)并入的金属纤维材料的组合物，该碳纳米管(CNT)并入的金属纤维材料包含：可缠绕维度的金属纤维材料、围绕金属纤维材料共形地布置的隔离涂层(阻挡涂层，barrier coating)和并入到金属纤维材料的碳纳米管(CNT)。CNT的长度一致并且分布一致。

在一些方面，本文公开的实施方式涉及连续CNT并入方法，其包括：(a)将隔离涂层和碳纳米管(CNT)形成催化剂布置在可缠绕维度的金属纤维材料的表面上；和(b)在金属纤维材料上合成碳纳米管，从而形成碳纳米管并入的金属纤维材料。

附图简介

图1显示在不锈钢网(stainless steel mesh)基底上生长的多壁CNT的透射电子显微镜(TEM)图像。

图2显示在不锈钢网基底上生长的20微米长CNT的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图3显示在高放大倍率下，在不锈钢网上生长的垫状（mat-like）排列的约1微米长CNT的SEM图像。

图4显示在不锈钢网基底上密度在10%以内的约1微米长CNT的SEM图像。

图5显示用于生产根据本发明一些实施方式的CNT并入的金属纤维材料的方法。

图6显示用于CNT生长的、包括用于低温CNT合成的碳原料气预热器的装置。

图7显示CNT合成生长室的横截面图。

图8显示包括用于低温CNT合成的碳原料气预热器和扩散器的CNT合成生长室的横截面图。

图9显示实施用于生产CNT并入的金属纤维材料的方法的系统。

图10显示实施用于生产CNT并入的金属纤维材料的方法以及随后的树脂涂层和卷绕工艺的另一系统。

详细描述

本公开部分地涉及碳纳米管并入的(“CNT并入的”)金属纤维材料。CNT并入到金属纤维材料可提供许多功能，包括例如，作为能够接合在复合材料中的金属和基体材料之间的上浆剂。CNT也可以用作涂覆金属纤维材料的几种上浆剂中的一种。

而且，并入到金属纤维材料上的CNT可改变金属纤维材料的多种性能，例如，如导热性和/或导电性和/或拉伸强度。用于制造CNT并入的金属纤维材料的方法提供长度和分布基本上一致的CNT，以均匀地在正在改进的金属纤维材料上赋予其有用的性能。此外，本文公开的方法适合于产生可缠绕维度的CNT并入的金属纤维材料。

本公开也部分地涉及用于制造CNT并入的金属纤维材料的方法。