[发明专利]碳管膜在制备各向异性聚合物中的应用

说明书

本发明公开碳管膜在制备各向异性聚合物中的应用，将聚酰亚胺酸旋涂到改性碳管膜进行碳管膜复合，在50‑400℃范围内退火。本发明方法简单，周期短，快捷高效，易于操作、成本低，取向碳管膜的加入显著提高了复合薄膜材料的力学性能，并且在面内水平和垂直方向呈现明显的各向异性。

本发明申请是母案申请“具有各向异性的聚合物/碳管复合薄膜材料的制备方法”的分案申请，母案申请的申请号为201510195613X，申请日为2015年4月23日。

技术领域

本发明涉及一种具有各向异性的聚合物/碳管复合薄膜材料的制备方法，其在航空航天、电子信息、汽车工业等领域都有重要的应用前景。属于复合材料的制备领域。

背景技术

近年来，高分子复合材料在能源、信息、电子、分子器件等方面有着广泛的应用，而具有各向异性的高分子复合材料为复合材料的应用提供了更大的潜在空间。材料的取向可以使材料在三维方向上的潜能得到充分发挥，同时使材料的力学、电学等性能在取向方向上也得到极大改进，这为高分子材料在军事、电子、包装等领域的应用提供了可能(D.Weller et al.,“High K/sub U/Materials Approach to 100Gbits/in/sup 2/,”IEEETransactions on Magnetics 36,no.1(2000):10–15)。

聚合物材料由于具有柔性、轻质、强韧等特点，在微电子封装、印刷电路板和柔性器件等领域拥有很大的发展潜力。聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚芳酯等，作为特种工程塑料，具有金属及无机材料无法比拟的有点，可以在150℃以上长期使用。例如，聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物，具有良好的力学性能，耐磨性，耐温性，绝缘性及化学稳定性(Thomas Caulfield,“Book Reviews,”1989,80–81)。芳香族聚酰亚胺是一类半结晶性的聚合物材料，可以通过控制制备条件和退火工艺实现结晶取向(T.P.Russell,H.Gugger,and J.D.Swalen,“In-Plane Orientation of Polyimide,”Journal of PolymerScience:Polymer Physics Edition 21,no.9(September 1983):1745–56)。复合材料的各向异性是由聚合物基质和填料共同决定的。通过添加填料，制备具有各向异性的复合材料已有报道(Qian Jiang et al.,“Mechanical,Electrical and Thermal Properties ofAligned Carbon Nanotube/polyimide Composites,”Composites Part B:Engineering56(January 2014):408–12.Mizuka Tanimoto et al.,“Anisotropic ThermalDiffusivity of Hexagonal Boron Nitride-Filled Polyimide Films:Effects ofFiller Particle Size,Aggregation,Orientation,and Polymer Chain Rigidity.,”ACSApplied Materials&Interfaces 5,no.10(May 22,2013):4374–82)。但是目前制备的各向异性材料均为面内和垂直方向各向异性，并且需在填料的添加量很大的情况下才呈现出各向异性，浪费资源。因此，若想在添加较少导热填料的情况下实现材料的高各向异性，还需要探索一种性能更优异的复合材料。中国专利201310652749X、200910070631X和2007100594902陆续报道了有关碳纳米管纤维和薄膜的制备设备和方法，以此设备和方法可以通过工艺调整得到基于碳纳米管纤维和薄膜，并可进行有关方向的取向生长。

发明内容