碳纳米管片结构及其制造方法技术

包含具有至少0.05mm的中值长度和至少2,500∶1的长宽比的CNT的碳纳米管(CNT)片被布置为随机取向的均匀分布的图案，并且具有至少1gsm的基重和小于1.0的相对密度。CNT片如下制造：通过在过滤材料上的连续池中施加CNT悬浮液至足以防止CNT悬浮液在过滤材料的表面上混凝的深度，并且抽吸分散液体通过过滤材料，以提供均匀的CNT分散体并形成CNT片。CNT片可用于制备用于电磁波吸收，雷击损耗，EMI屏蔽，热界面垫，能量储存和散热的CNT复合材料层压体和结构。

Carbon nano segment structure and manufacturing method thereof

Contains the median length of at least 0.05mm and at least 2500: length width ratio of 1 CNT carbon nanotube (CNT) films are arranged for the uniform distribution pattern of random orientation, and has a relative density of at least 1gsm basis weight and less than 1. CNT is as follows: to manufacture sufficient to prevent coagulation on the surface of CNT suspension filtration material on the depth of applying CNT suspension through continuous pool in the filter material in the suction and dispersing liquid through the filter materials, to provide a uniform dispersion of CNT and the formation of CNT film. CNT sheets can be used to prepare CNT composite laminates and structures for electromagnetic wave absorption, lightning loss, EMI shielding, thermal interface pads, energy storage and heat dissipation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳纳米管片结构及其制造方法
本专利技术一般涉及碳纳米管，更具体地涉及由碳纳米管形成材料和结构的方法。
技术介绍
碳纳米管的独特机械性能可以用于开发基于纳米管的、高性能的结构和多功能纳米结构材料和装置。已经制成直径为几纳米且长度为几微米，以及长度达数毫米的碳纳米管。由于范德华力，在纳米管之间发生强的相互作用，这可能需要在由碳纳米管形成的材料和结构中良好的管分散、良好的管接触和高的管负载。许多应用例如导电、导热和高性能纳米复合材料通过将纳米管预先形成为具有受控的纳米结构(分散、对准和负载)的网络或膜(厚度为5-200μm)而制成。这些膜还将使纳米管材料及其性质能够转移到大尺度材料中以便于处理。这些预成型纳米管网络在文献中也称为巴克纸。巴克纸通过将纳米管分散到悬浮液中并过滤所产生的悬浮液的多步骤过程来制备。所生产的巴克纸可以容易地处理，类似于常规的表面罩或玻璃材料。然而，纳米管膜的所有现有制造技术是不连续或间歇工艺，并且只能产生少量和非常短的膜材料，这对于纳米管膜的未来实际应用是严重的障碍。目前的不连续或间歇技术只能通过过滤纳米管悬浮液来制备纳米管膜材料，并且尺寸受到过滤器尺寸的限制。在这些技术中，首先通过选择的表面活性剂和超声处理制备良好分散的纳米管悬浮液。然后，使用具有0.1μm至2μm孔径的过滤膜的过滤系统，在真空或压力的帮助下过滤所制备的悬浮液。在过滤期间，纳米管沉积在过滤膜的表面上以形成纳米管网络。过滤后，可以将制得的纳米管膜或巴克纸从过滤膜上剥离。生产大量的巴克纸需要频繁更换过滤器。当前的方法使用许多过滤器来完成过滤并且限于一件一件地制造巴克纸，这是耗时的、昂贵的并且也难以确保一致的产品质量。更重要的是，由于过滤器尺寸的限制，产品膜具有有限的长度(通常小于1英尺)。美国专利7,459,121描述了连续生产纳米管或其它纳米级纤维的网络的方法，其通过引用整体并入本文。该方法包括制备分散在液体介质中的纳米级纤维的悬浮液，以及通过使过滤膜移动通过悬浮液来过滤悬浮液，使得当流体介质流过过滤膜时，纳米级纤维直接沉积在过滤膜上，从而形成纳米级纤维的连续膜。在一个实施例中，纳米级纤维的沉积发生在过滤膜移动与静态多孔过滤元件接触的时候和地方。在另一实施例中，纳米级纤维的沉积发生在过滤膜移动与动态多孔过滤元件接触的时候和地方。例如，过滤元件可以是旋转元件，其被机械地驱动以旋转并且至少部分地帮助移动过滤元件跨越过滤元件。其中描述的碳纳米管优选是单壁碳纳米管，并且描述为可从诸如CarbonNanotechnologies，Inc.(Houston，TX，USA)的公司商购获得。尽管在本专利中没有描述这种碳纳米管的长度，但是由CarbonNanotechnologies，Inc.生产的碳纳米管的长度被理解为在小于0.01mm(小于50微米)的范围内。美国专利7,459,121中描述的设备不被认为是可商购的。美国专利7,955,535描述了形成小直径SWCNT和较大直径MWCNT(或CNF)的悬浮液并过滤悬浮液以除去液体，其内容通过引用整体并入本文。美国专利8,351,220描述了一种纳米级纤维膜，其包括具有约20-50gsm的面密度(基重)和约5至100微米的厚度的巴克纸，其内容通过引用整体并入本文。美国专利5,254,399描述了一种用于形成具有优异片材形成的无纺织物的方法，所述无纺织物包括直径为7μm或更小并且长宽比(纤维长度与纤维直径的比率或L/D)在2000<L/D≤6000的范围内的纤维，和可选地热粘合纤维，并且所述纤维是三维缠结的，其公开内容通过引用整体并入本文。纤维可以包括有机合成纤维，例如聚酯纤维，聚烯烃纤维，聚丙烯腈纤维，聚乙烯醇纤维，尼龙纤维，聚氨酯纤维等，半合成纤维，再生纤维，天然纤维等。尽管如此，仍然需要一种在工业和商业规模上制造CNT片的方法，以满足这种结构的新兴技术和市场需求。
技术实现思路
本文提供了用于连续生产碳纳米管(CNT)网络成连续片结构的方法和装置。本专利技术包括形成碳纳米管(CNT)结构的工艺，其包括在过滤材料上过滤一定体积的包括CNT分散体的溶液，以在过滤材料上提供具有CNT的均匀分散的过滤的CNT结构，以及将过滤的CNT结构干燥成CNT片的步骤。在本专利技术的另一方面中，用于形成CNT结构或片的方法包括在分散液体中制备碳纳米管(CNT)的分散体或悬浮液，分散的CNT的中值长度为至少50微米，长宽比为至少2,500：1，如本文所述；使一定体积的CNT悬浮液通过过滤材料，以在过滤材料上提供CNT悬浮液的连续池或涂层，其具有足以防止CNT悬浮液在过滤材料表面上混凝(puddling)的均匀深度(或厚度)；将分散用液体抽吸通过过滤材料，以在过滤材料上提供CNT的均匀分散并形成CNT结构；干燥来自CNT结构的任何残余含水液体，以在过滤材料上形成CNT片；以及从过滤材料移除CNT片。在本专利技术的另一方面，将分散用液体抽吸通过过滤材料的步骤包括使负载CNT的过滤材料在真空筛或箱上通过一足以使分散用液体抽吸通过过滤材料和真空筛或箱的时间。本专利技术还包括用于制造连续CNT片的设备，以及使用该设备制造连续CNT片的连续工艺。该连续工艺包括以下步骤：i)沿着横穿汇集区域和真空箱的路径移动连续传送带；ii)将连续多孔载体材料施加到连续传送带的上侧；iii)将分散在液体中的碳纳米管(CNT)的含水悬浮液施加在多孔载体材料上，分散的CNT的中值长度为至少0.05mm，长宽比为至少2,500：1；iv)在汇集区域中连续多孔载体材料的宽度上和横跨连续多孔载体材料的宽度形成CNT的含水悬浮液的连续池，CNT的含水悬浮液的连续池具有足以防止在连续多孔载体材料上混凝的均匀厚度；v)在真空箱上推进多孔载体材料和CNT的含水悬浮液的连续池；vi)通过真空抽吸CNT的含水悬浮液的液体通过多孔载体材料，并且在多孔载体材料上过滤经过滤的CNT的均匀分散体以形成过滤的CNT结构；vii)可选地干燥来自过滤的CNT结构的任何残余液体，以在多孔载体材料上形成CNT片；以及v)从连续的多孔载体材料中移除CNT片。在本专利技术的一个方面，连续多孔载体材料是连续多孔膜、片或织物材料。连续多孔载体材料提供稳定且有弹性的多孔结构，用于沿着设备牵拉形成的CNT结构穿过设备，以防止在制造期间CNT结构的撕裂和降解。连续多孔载体材料可包括编织或网状合成聚合物，其可包括疏水性聚合物，包括但不限于聚四氟乙烯(PTFE)，也称为和亲水性聚合物，包括但不限于脂肪族聚酰胺，也称为尼龙。金属涂覆的织物或金属网或筛网材料也可以用作多孔载体材料。在实施例中，多孔载体材料具有尺寸在约0.1微米和高达约10微米之间的多个开口。在本专利技术的另一方面，连续多孔载体材料还可以是从CNT的含水悬浮液的液体过滤分散的CNT的过滤材料。在本实施例中，CNT被过滤到连续多孔载体材料上，以形成CNT结构和CNT片，然后将CNT片从连续多孔载体材料分离或剥离。在该实施例中，CNT结构和CNT片通常具有足以提供具有从载体材料连续剥离作为自支撑CNT片的完整性的CNT结构的CNT的基重，而不会撕裂或降解。在本专利技术的另一方面，在施加CNT悬浮液之前，可以将第二层施加到连续多孔载体材料的上侧。第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造碳纳米管(CNT)片的工艺，包括以下步骤：i)沿着横穿汇集区域和真空箱的路径移动连续传送带；ii)将连续多孔载体材料施加到所述连续传送带的上侧；iii)将分散在液体中的碳纳米管(CNT)的含水悬浮液施加在所述多孔载体材料上，分散的CNT的中值长度为至少0.05mm，长宽比为至少2,500∶1；iv)在所述汇集区域中在所述连续多孔载体材料的宽度上和跨过所述连续多孔载体材料的宽度形成CNT的含水悬浮液的连续池，CNT的含水悬浮液的连续池具有足以防止在所述连续多孔载体材料上混凝的均匀厚度；v)在所述真空箱上推进多孔载体材料和CNT的含水悬浮液的连续池；vi)通过真空抽吸CNT的含水悬浮液的液体通过所述多孔载体材料，并且在所述多孔载体材料上过滤经过滤的CNT的均匀分散体以形成过滤的CNT结构；vii)可选地干燥来自过滤的CNT结构的任何残余液体，以在所述多孔载体材料上形成CNT片；以及v)从所述多孔载体材料移除CNT片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.30 US 62/030,860;2015.02.03 US 62/111,6241.一种用于制造碳纳米管(CNT)片的工艺，包括以下步骤：i)沿着横穿汇集区域和真空箱的路径移动连续传送带；ii)将连续多孔载体材料施加到所述连续传送带的上侧；iii)将分散在液体中的碳纳米管(CNT)的含水悬浮液施加在所述多孔载体材料上，分散的CNT的中值长度为至少0.05mm，长宽比为至少2,500∶1；iv)在所述汇集区域中在所述连续多孔载体材料的宽度上和跨过所述连续多孔载体材料的宽度形成CNT的含水悬浮液的连续池，CNT的含水悬浮液的连续池具有足以防止在所述连续多孔载体材料上混凝的均匀厚度；v)在所述真空箱上推进多孔载体材料和CNT的含水悬浮液的连续池；vi)通过真空抽吸CNT的含水悬浮液的液体通过所述多孔载体材料，并且在所述多孔载体材料上过滤经过滤的CNT的均匀分散体以形成过滤的CNT结构；vii)可选地干燥来自过滤的CNT结构的任何残余液体，以在所述多孔载体材料上形成CNT片；以及v)从所述多孔载体材料移除CNT片。2.一种用于制造连续复合CNT片的连续工艺，包括以下步骤：i)沿着横穿汇集区域和真空箱的路径移动连续传送带；ii)将连续多孔载体材料施加到移动的连续传送带的上侧；iii)将连续多孔罩层施加到所述连续多孔载体材料的上侧；iv)将分散在液体中的碳纳米管(CNT)的含水悬浮液施加在所述多孔罩层上，分散的CNT的中值长度为至少0.05mm，长宽比为至少2,500∶1；v)在所述汇集区域中移动的多孔罩层的宽度上和跨过所述多孔罩层的宽度形成CNT的含水悬浮液的连续池，CNT的含水悬浮液的连续池具有足以防止在所述多孔罩层上混凝的均匀厚度；vi)在所述真空箱上推进所述多孔罩层和CNT的含水悬浮液的连续池；vii)通过真空抽吸CNT的含水悬浮液的液体通过所述多孔罩层和所述多孔载体材料，并且在所述多孔罩层上过滤经过滤的CNT的均匀分散体以形成过滤的CNT结构；viii)可选地干燥来自过滤的CNT结构的任何残余液体，以在所述多孔载体材料上形成复合CNT片；以及ix)从连续多孔载体材料移除复合CNT片。3.一种用于制造连续CNT片的连续工艺，包括以下步骤：i)沿着横穿汇集区域和真空箱的路径移动连续传送带；ii)将连续多孔载体罩层施加到所述连续传送带的上侧；iii)将分散在液体中的碳纳米管(CNT)的含水悬浮液施加在所述多孔载体罩层上，分散的CNT的中值长度为至少0.05mm，长宽比为至少2,500∶1；iv)在所述汇集区域中在连续多孔载体罩层的宽度上和跨过所述连续多孔载体罩层的宽度形成CNT的含水悬浮液的连续池，CNT的含水悬浮液的连续池具有足以防止在所述连续多孔载体罩层上混凝的均匀厚度；v)在所述真空箱上推进所述连续多孔载体罩层和CNT的含水悬浮液的连续池；vi)通过真空抽吸CNT的含水悬浮液的液体通过所述连续多孔载体罩层，并且在所述连续多孔载体罩层上过滤经过滤的CNT的均匀分散体以在载体罩层上形成过滤的CNT结构；vii)可选地干燥来自过滤的CNT...

【专利技术属性】
技术研发人员：C贾亚辛哈，LA克里斯蒂，EM陈，
申请(专利权)人：一般纳米有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US