[发明专利]一种碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳纳米管复合材料的制备方法，将碳纳米管膜放入膨松剂、相容剂和树脂基体的混合溶液中，静置；当混合溶液中的膨松剂渗入碳纳米管膜内部后，会分解产生微气泡，产生微爆破作用，使得碳纳米管膜的结构逐渐疏松，并使树脂基体分子或纳米颗粒进入到蓬松后碳纳米管膜内部，形成初步的碳纳米管复合材料；然后将其加热并热压，通过混合溶液蒸发过程中产生的芯吸力和压力，使初步的碳纳米管复合材料结构紧实并固化，制备得到聚合物充分浸润的碳纳米管复合材料。本发明使碳纳米管和大分子树脂共同制成复合材料，提高了材料的综合性能；本发明方法简单易行，成本低，可以实现产业化。

技术领域

本发明涉及一种聚合物均匀浸入的碳纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管是一种具有特殊碳六元环结构的一维量子材料，径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，具有优异的的力学、电学和热学性能。随着纳米技术的发展，应用化学气相沉积法等手段，碳纳米管可以直接制备成大尺寸的膜结构。碳纳米管膜继承了碳纳米管的优异性能，非常适合作为复合材料的增强体制备高性能多功能复合材料。有望克服采用碳纳米管粉末与树脂共混制备碳纳米管复合材料的碳纳米管含量低且溶液团聚、所制备复合材料性能差的缺陷。

然而，由于碳纳米管集合体中的空隙尺寸很小，表面没有活动官能团，大分子树脂几乎无法进入其内部，极大限制了碳纳米管集合体复合材料的制备与应用。例如专利CN101462391 A以及专利CN 104371129 A中所述的碳纳米管复合材料的制作方法用到的树脂就是热固性小分子环氧树脂，而对于大分子树脂就无法浸入，这就限制了碳纳米管复合材料的发展。

而恰恰热塑性复合材料可以回收利用，具有较大的环保、经济优势，如何使碳纳米管和大分子树脂共同制成复合材料成为了当下的热门研究方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何使碳纳米管和大分子树脂共同制成复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将碳纳米管膜放入膨松剂、相容剂和树脂基体的混合溶液中，静置；当混合溶液中的膨松剂渗入碳纳米管膜内部后，会分解产生微气泡，产生微爆破作用，使得碳纳米管膜的结构逐渐疏松，同时起到除杂作用；并使树脂基体分子或者纳米颗粒进入蓬松的碳纳米管膜内部，形成初步的碳纳米管复合材料；

步骤2：将步骤1中获得的初步的碳纳米管复合材料加热并热压，通过混合溶液蒸发过程中产生的芯吸力和压力，使初步的碳纳米管复合材料结构紧实并固化，制备得到聚合物充分浸润的碳纳米管复合材料。

优选地，所述步骤1中，碳纳米管膜的形式为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的组合。

优选地，所述步骤1中，碳纳米管膜为导体、半导体或者导体与半导体的组合体。

优选地，所述步骤1中，碳纳米管膜的制备方法为浮动催化化学气相生长法或碳纳米管阵列直接拉膜法。

优选地，所述步骤1中，碳纳米管膜可以为单层膜结构，也可以为多层膜的铺层结构。

优选地，所述步骤1中，相容剂为与碳纳米管互溶的溶液；所述与碳纳米管互溶的溶液为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液。

优选地，所述步骤1中，膨松剂为质量百分比浓度10％～70％的过氧化氢溶液，或质量百分比浓度10％的稀硫酸溶液与金属锌粉末的混合液；或质量百分比浓度10％的稀硝酸溶液和亚硫酸钠的混合液。

更优选地，所述质量百分比浓度10％的稀硝酸溶液和亚硫酸钠的混合液中，稀硝酸溶液和亚硫酸钠的重量比为20∶1。

优选地，所述步骤1中，树脂基体为聚乙烯醇溶液，或溶于酒精或者丙酮的聚合物树脂；所述溶于酒精或者丙酮的聚合物树脂为环氧树脂或不饱和聚酯；