本发明专利技术涉及一种碳纳米管石墨复合材料及其制备方法和装置，制备方法包括如下步骤：分别制得碳纳米管分散液和石墨分散液；将碳纳米管分散液和石墨分散液依次输送至成型网上，同时进行真空脱水，得碳纳米管石墨复合预制体，其中碳纳米管与膨胀石墨的绝干比为1：0.1-5；将所述碳纳米管石墨复合预制体进行干燥剥离、辊压，即得所述碳纳米管石墨复合材料。本发明专利技术采用全湿法过滤制备碳纳米管石墨复合材料工艺，工艺效率高，便于进行放大规模生产，同时由于采用了全湿法工艺有效克服干式滚压制作天然石墨膜难以薄的问题，复合材料的最小厚度可达到30微米。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料
，特别是涉及一种碳纳米管石墨复合材料及其制备方法和装置。
技术介绍
碳纳米管是作为一种碳纳米材料，具有低密度、高模量、高比表面积，优异的导电导热性能，在诸多领域有广阔的使用前景。目前，商用碳纳米管直接通常在几个纳米到几十纳米，长度通常在几个微米到几十个微米，长径比能到达1000，宏观看呈现粉末状态，而且使用时急容易团聚，因此直接使用显得比较麻烦。将碳纳米管制成膜材是一个进行规模应用的好方式。这种用单纯的碳纳米管制成的膜状(或者说是纸状)材料叫作碳纳米管纸(Buckypaper)，最早是由诺贝尔奖获得者Richard Smalley于1998年在实验室采用抽滤碳纳米管分散液的方式合成。碳纳米管纸强度来源于碳纳米管之间的范德华力和碳纳米管的缠绕作用。因此，碳纳米管纸保留碳纳米管的低密度、高比表面积的特点，同时由于微尺度极高的比表面积，因此也保持着极高的黑度，但是力学强度导热导电性能相对于单根的碳纳米管却大打折扣。例如，对于导热来说，单根碳纳米管的理论热导率为6600W/mK，而碳纳米管纸的热导率在10-766W/mK(公开文献“Nano Lett.2012，12，4848-485”报道了一种极高密度的定向排列的碳纳米管纸的热导率达到了 766W/mK)。这是由于碳纳米管虽然有极高的轴向电导率和热导率，但是碳纳米管尺度极小，一张碳纳米管纸是由无数个碳纳米管搭接而成，由此造成了无数个接触电阻和接触热阻，因此碳纳米管纸在此方面的性能与人们的期望相去甚远。石墨膜是一种很好的导热材料，其在沿面方向的热导率通常在200-1800W/mK。导热石墨膜有两种，一种是采用膨胀石墨干压制而成天然石墨膜，另一种是采用高温石墨化有机薄膜的方法是被的合成石墨膜。例如专利CN103539111A公开了一种高导热天然柔性石墨薄膜的制备方法，采用膨胀石墨置入压延机进行滚压，这的的石墨导热膜最薄为0.1mm，热导系数最高达到620W/m.K。专利CN103011141A公开了一种采用聚酰亚胺薄膜经过2500-3000°C高温石墨化后得到合成石墨膜，厚度0.0125mm到0.075mm，平面导热系数^ 1450±200W/mK。天然石墨膜制作成本较低，具有较好的导热性能，但是其比人工合成石墨导热膜热导率低，同时由于是采用直接干法滚压粉末，厚度也难以做到很薄，通常最多在0.1_。合成石墨具有极高的平面导热性能，厚度也能做到极薄，但是其生产条件苛刻(需要2500-3000°C高温)，生产成本高。另外，石墨Z方向导热性能不佳，黑度相对碳纳米管纸差。因此，现有技术急需一种制备碳纳米管石墨复合材料的方法和装置。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提供一种碳纳米管石墨复合材料的制备方法。具体的技术方案如下:—种碳纳米管石墨复合材料的制备方法，包括如下步骤:将碳纳米管和表面活性剂按1:0.45-2.0的质量比加入水中，分散制得碳纳米管分散液；将膨胀石墨和表面活性剂按1:0.4-2.0的质量比加入水中，分散制得石墨分散液；将碳纳米管分散液和石墨分散液依次输送至成型网上(或将碳纳米管分散液、碳纳米分散液与石墨分散液的混合液、石墨分散液依次输送至成型网上)，同时进行真空脱水，得碳纳米管石墨复合预制体，其中碳纳米管与膨胀石墨的绝干比为1:0.1-5 ;将所述碳纳米管石墨复合预制体进行干燥剥离、辊压，即得所述碳纳米管石墨复合材料。在其中一个实施例中，所述碳纳米管石墨复合预制体在干燥剥离后还进行了热处理操作，所述热处理操作的工艺参数为150-400°C处理l-30s。在其中一个实施例中，还包括在所述碳纳米管石墨复合材料的石墨层的另一侧附上一层聚合物薄膜层。在其中一个实施例中，所述分散的方法为超声波分散。在其中一个实施例中，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠，吐温85，吐温80，吐温60，吐温40，吐温20，聚丙烯酸盐，嵌段型非离子表面活性剂，磷酸酯盐型表面活性剂，聚氧乙烯烷基苯酚醚，聚乙二醇辛基苯基醚，糖苷类表面活性剂，蔗糖脂肪酸酯中的一种或者几种。本专利技术的另一目的是提供一种碳纳米管石墨复合材料。具体的技术方案如下:上述制备方法制备得到的碳纳米管石墨复合材料。在其中一个实施例中，该碳纳米管石墨复合材料包括依次层叠的碳纳米管层和石墨层；所述碳纳米管层的厚度为0.2-500 μ?? ;所述石墨层的厚度为1-500 μπι ；或，其包括依次层叠的碳纳米管层、过渡层和石墨层；所述过渡层为碳纳米管和石墨的混合层；所述碳纳米管层的厚度为0.2-500 μπι ;所述过渡层的厚度为0.2-100 μπι ;所述石墨层的厚度为1-500 μπι。在其中一个实施例中，所述石墨层的另一侧还设有聚合物薄膜层，所述石墨层与所述聚合物薄膜层之间还设有或不设有一层金属电极。本专利技术的另一目的是提供一种制备上述碳纳米管石墨复合材料的装置。具体的技术方案如下:—种制备上述碳纳米管石墨复合材料的装置，包括储槽、流浆箱、成型网、真空抽滤设备和辊压设备；所述流浆箱的底部与所述成型网的一侧平行设置，且成型网与水平面之间的夹角为5-40° ;所述流浆箱中设有多个隔板，隔板将流浆箱沿成型网运行的方向分割成多个容纳腔；所述储槽的数量与所述容纳腔的数量相同，并分别与所述容纳腔连通；所述真空抽滤设备用于对成型网进行脱水处理；所述辊压设备用于对脱水处理后的产品进行辊压操作。在其中一个实施例中，所述隔板与所述流浆箱的底部设有l_5mm的间隙。在其中一个实施例中，所述成型网的运行速度为0.5-100m/min ;所述成型网与水平面之间的夹角为10-20°。在其中一个实施例中，该装置还包括高温处理设备，用于对脱水处理后的产品进行高温处理。在其中一个实施例中，所述辊压设备的两个操作面为刚性光滑表面。在其中一个实施例中，所述辊压设备与所述碳纳米管石墨复合材料的碳纳米管层接触的操作面为柔性光滑表面，另一操作面为刚性光滑表面。本专利技术的有益效果如下:本专利技术的制备碳纳米管石墨复合材料的装置为连续湿法成型装置，可实现碳纳米管石墨复合材料的连续生产，并且由于设计了分区压力调节的机制(在流浆箱中设置隔板，隔板与流浆箱的底部设有1_5_的间隙，当隔板两侧的液体的液位存在高度差时，间隙处就会产生压力差，使得液位低的容置腔靠近隔板的位置产生液体混合区，该混合区在成型网上就会形成过渡层)，使得制作过渡层变得异常简单。其中成型网与水平面之间的夹角设置为10-20度，其目的是:纳米材料脱水更为困当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳纳米管石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将碳纳米管和表面活性剂按1:0.45‑2.0的质量比加入水中，分散制得碳纳米管分散液；将膨胀石墨和表面活性剂按1:0.4‑2.0的质量比加入水中，分散制得石墨分散液；将碳纳米管分散液和石墨分散液依次输送至成型网上，同时进行真空脱水，得碳纳米管石墨复合预制体，其中碳纳米管与膨胀石墨的绝干比为1：0.1‑5；将所述碳纳米管石墨复合预制体进行干燥剥离、辊压，即得所述碳纳米管石墨复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖辉，刘铸，陈东平，
申请(专利权)人：昆明纳太科技有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53
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