碳纳米管网络/聚合物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种碳纳米管网络/聚合物复合材料，所述碳纳米管相互纠缠形成网络结构，所述碳纳米管的外表面均匀地包覆有聚合物，其中，所述碳纳米管和所述聚合物均以非聚集态独立存在。与现有技术相比，本发明专利技术中的碳纳米管以非聚集态独立存在，聚合物也为非富集状态，使得碳纳米管网络/聚合物复合材料解决了传统碳纳米管复合材料中碳纳米管团聚、含量低等缺点，同时还可保持碳纳米管优异的力学、电学、热学性能，自支撑性好，在使用过程中易于处理和加工，在电磁屏蔽材料、功能化智能材料、电极材料等领域具有非常广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种碳纳米管网络/聚合物复合材料及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管是石墨卷曲构成的一维纳米材料，具有质轻、高的比表面积、可功能化的表面结构，以及高强度、高模量和高柔性等特性，是发展轻质、高强、抗冲击复合材料的理想增强材料，作为导电体，还可使复合材料具有抗静电、微波吸收、电磁屏蔽等多种性能。碳纳米管与高分子材料复合可以实现不同材料间的优势互补或加强，采用碳纳米管作为填充物与其它材料复合已成为拓展碳纳米管应用领域的一个重要方向，是近年来国际上研究的热点。目前，现有的研究工作主要以粉末状碳纳米管填充高分子材料的形式来制备碳纳米管复合材料，该方法存在明显不足，如粉末状碳纳米管在高分子中很难均匀分散，容易团聚，碳纳米管的含量很低，仅能达到百分之几，所添加的溶剂也很难除掉，这些不但大大增加了加工难度，得到的复合材料性能也非常有限。近期有研究以纳米碳纸为基体，采用热压法将热塑性树脂浸渍到纳米碳纸内部，可以得到碳纳米管高体积质量含量的复合材料，但是由于纳米碳纸自身力学性能较差，强度和韧性都偏低，不能很好的发挥碳纳米管作为增强体的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种具有轻质、高强度、柔性好、电学性能良好等特点的碳纳米管网络/聚合物复合材料。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种碳纳米管网络/聚合物复合材料，其包括：所述碳纳米管为网络结构，所述碳纳米管的外表面均匀地包覆有聚合物，其中，所述碳纳米管和所述聚合物均以非聚集态独立存在。作为本专利技术的进一步改进，所述碳纳米管网络为单壁、双壁、多壁碳纳米管一种或几种的组合。相应地，一种碳纳米管网络/聚合物复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供网络结构的碳纳米管；将所述网络结构逐层沉积，得到碳纳米管网络结构薄膜预制体；提供高分子单体前驱体溶液，将所述碳纳米管网络结构薄膜预制体用所述高分子单体前驱体溶液浸润得到碳纳米管网络/高分子前驱体混合体；拉伸处理所述碳纳米管网络/高分子前驱体混合体；将拉伸后的所述碳纳米管网络/高分子前驱体混合体进行热压致密化固化处理得到碳纳米管网络/聚合物复合材料。作为本专利技术的进一步改进，所述网络结构的碳纳米管采用浮动催化法制备。作为本专利技术的进一步改进，所述碳纳米管网络结构薄膜预制体中碳纳米管为单层或多层堆积成交错网络结构。作为本专利技术的进一步改进，所述高分子单体前驱体溶液中的溶剂为可挥发性溶剂。作为本专利技术的进一步改进，所述“拉伸处理所述碳纳米管网络/高分子前驱体混合体”的具体步骤为：对所述碳纳米管网络/高分子前驱体混合体进行逐级拉伸处理，每次拉伸小于5%，两次拉伸之间应力释放时间为10-20分钟，累计牵伸率为30%。作为本专利技术的进一步改进，所述热压致密化固化处理的压力为1-10MPa。作为本专利技术的进一步改进，所述“将所述碳纳米管网络结构薄膜预制体用所述高分子单体前驱体溶液浸润得到碳纳米管网络/高分子前驱体混合体”步骤中，浸润方式可以为喷洒或滴定或悬涂。作为本专利技术的进一步改进，所述高分子单体前驱体为双马来酰亚胺树脂或环氧树脂或酚醛树脂或其它热固型树脂。本专利技术的有益效果是：本专利技术中的碳纳米管以非聚集态独立存在，聚合物也为非富集状态，使得碳纳米管网络/聚合物复合材料解决了传统碳纳米管复合材料中碳纳米管团聚、含量低等缺点，同时还可保持碳纳米管优异的力学、电学、热学性能，自支撑性好，在使用过程中易于处理和加工，在电磁屏蔽材料、功能化智能材料、电极材料等领域具有非常广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术一实施方式中碳纳米管网络/聚合物复合材料制备方法步骤流程图；图2a-2b是本专利技术一实施方式中未与聚合物复合的碳纳米管网络结构SEM照片；图3a-3b是本专利技术一实施方式中碳纳米管网络/高分子前驱体混合体的SEM照片；图4是本专利技术一实施方式中碳纳米管网络/高分子前驱体混合体被牵伸后的SEM照片；图5a-5d是本专利技术一实施方式中碳纳米管网络/高分子前驱体混合体进行热压致密化固化处理得到碳纳米管网络/聚合物复合材料的SEM照片。图6是本专利技术一实施方式中不同配比浓度和不同牵伸调节下碳纳米管网络/聚合物复合材料的力学性能对比图。具体实施方式以下将结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。参图1所示，介绍本专利技术中一具体实施方式，碳纳米管网络/聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、提供网络结构的碳纳米管和高分子单体前驱体溶液。其中，网络结构的碳纳米管采用浮动催化方法制得，碳源在高温炉体内发生裂解反应，自组装成碳纳米管中空网络结构，碳纳米管含量达到95%以上。具体地，该碳纳米管的中空网络结构的尺寸根据其所在的生长炉管的尺寸的不同而不同，优选地，碳纳米管的中空网络结构尺寸约在1-5英寸之间。特别地，碳纳米管网络为单壁、双壁、多壁碳纳米管一种或几种的组合，碳纳米管相互纠缠形成网络结构。S2、将所述网络结构逐层沉积，得到碳纳米管网络结构薄膜预制体。具体地，沉积方式为滚筒沉积，将S1步骤中制得的碳纳米管网络结构的一端置于滚筒上，开启电机，驱动滚筒旋转，将碳纳米管网络结构逐层卷绕在滚筒上，可根据需要调整滚筒旋转速度和收集时间，得到不同厚度的碳纳米管网络结构预制体。滚筒可以在旋转同时，沿其自身的轴向来回往复运动，循环进行，可以得到更大面积的碳纳米管网络结构预制体。一个滚筒可以收集多个炉口生长的碳纳米管网络。参图2所示，碳纳米管网络结构薄膜预制体中碳纳米管为单层或多层堆积成交错网络结构。优选地，碳纳米管网络结构薄膜预制体的沉积厚度可通过沉积时间控制，根据沉积时间长短薄膜预制体厚度最小约为10纳米，无厚度上限；优选地，对滚筒收集的碳纳米管网络结构预制体进行致密化处理，即在卷绕过程中，添加致密化溶剂，如乙醇、乙二醇、丙酮中的一种或几种的组合。致密化处理后，碳纳米管网络结构预制体获得自支撑功能，便于后续操作。S3、提供高分子单体前驱体溶液，将所述碳纳米管网络结构薄膜预制体用所述高分子单体前驱体溶液浸润得到碳纳米管网络/高分子前驱体混合体。制备高分子单体前驱体溶液，优选地，高分子单体前驱体为双马来酰亚胺树脂或环氧树脂或酚醛树脂或其它热固型树脂，在本实施方式中以双马来酰亚胺树脂为例进行说明，以双马来酰亚胺树脂前驱体为溶质，溶剂为可挥发性溶剂，优选丙酮为溶剂，配制成高分子前驱体溶液，溶液浓度根据高分子单体前驱体性质选择，在本实施方法中，溶液浓度范围在1%-30%之间。优选地，双马来酰亚胺树脂为改性过的韧性双马来酰亚胺树脂。制备碳纳米管网络/高分子前驱体混合体，用高分子前驱体溶液浸润碳纳米管网络结构预制体。优选地，浸润方式可以为喷洒或滴定或悬涂等方式，当然，在其他实施方式中，也本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管网络/聚合物复合材料，其特征在于，所述碳纳米管相互纠缠形成网络结构，所述碳纳米管的外表面均匀地包覆有聚合物，其中，所述碳纳米管和所述聚合物均以非聚集态独立存在。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管网络/聚合物复合材料，其特征在于，所述碳纳米管相互纠缠形成网络结构，所述碳纳米管的外表面均匀地包覆有聚合物，其中，所述碳纳米管和所述聚合物均以非聚集态独立存在。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管网络/聚合物复合材料，其特征在于，所述碳纳米管网络为单壁、双壁、多壁碳纳米管一种或几种的组合。
3.一种如权利要求1所述的碳纳米管网络/聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供网络结构的碳纳米管；
将所述网络结构逐层沉积，得到碳纳米管网络结构薄膜预制体；
提供高分子单体前驱体溶液，将所述碳纳米管网络结构薄膜预制体用所述高分子单体前驱体溶液浸润得到碳纳米管网络/高分子前驱体混合体；
拉伸处理所述碳纳米管网络/高分子前驱体混合体；
将拉伸后的所述碳纳米管网络/高分子前驱体混合体进行热压致密化固化处理得到碳纳米管网络/聚合物复合材料。
4.根据权利要求3所述的碳纳米管网络/聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述网络结构的碳纳米管采用浮动催化法制备。
5.根据权利要求3所述的碳纳米管网络/聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵静娜，张骁骅，李清文，金赫华，
申请(专利权)人：苏州捷迪纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32