碳纳米管聚集体于制备防弹复合材料中的用途及其制法制造技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管聚集体于制备防弹复合材料中的用途，所述防弹复合材料包括：至少一碳纳米管聚集体，包含由多根碳纳米管紧密聚集形成的宏观二维面状结构；以及，织物，其至少一侧表面上覆设有至少一所述的碳纳米管聚集体。其中，所述碳纳米管聚集体包括在一个连续的面内密集排布的多个取向的基础单元，其中每一基础单元包括由多根碳纳米管交织形成的二维面状结构，使所述碳纳米管聚集体呈现宏观有序、微观无序的形态。本发明专利技术还公开了一种防弹复合材料的制备方法。本发明专利技术的防弹复合材料具有轻薄、环境耐候性好，防弹性能优异、适合批量化制备等特点，且柔性好，可与人体实现任意曲面贴合。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管聚集体于制备防弹复合材料中的用途及其制法
本专利技术涉及一种防弹材料，具体涉及一种基于纳米碳材料的防弹复合材料及其制备方法。
技术介绍
目前广泛应用于防弹领域的材料有超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、芳纶和聚对苯撑苯并双恶唑(PBO)等。在实际使用中，高性能纤维或者织物表面的表面被树脂包覆，这样能有效地约束纤维的滑移、提高材料结构的均匀性，从而提高材料的防弹效果。CN102058188B通过将纳米粒子与高性能纤维织物复合后再与热塑性树脂复合，抗冲击性能可提高20％，重量减少18％，而材料本身的柔软度未发生变化。CN100567606A通过将碳纳米管溶于胶黏剂中再涂覆于UHMWPE纤维上，可有效地提高UHMWPE的耐热性10℃，和蠕变性及机械强度等。由于纳米材料制备技术的不成熟，目前只能通过表面在胶黏剂中添加少量的纳米材料来提高防弹性能，其中纳米材料在胶黏剂中分散的均匀性以及在高性能纤维表面的堆积形态和分布情况都影响到材料的防弹性。另外，现有防弹材料还均存在缺陷，例如，UHMWPE材料的耐热性差(小于120℃)，蠕变大，不适合高温沙漠环境下使用；Kevlar不耐紫外线照射，不耐水气；由于在制备得到无纬布的过程中，展丝不匀造成的无纬布结构不均匀，目前只能通过增加堆叠层数减少子弹穿透率。又及，现有防弹材料硬挺不柔软，与人体贴合性差，并且密度大，质量重，穿着舒适性差，影响人体运动的灵活性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种碳纳米管聚集体于制备防弹复合材料中的用途及其制备方法，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了碳纳米管聚集体于制备防弹复合材料中的用途，所述防弹复合材料包括：至少一碳纳米管聚集体，包含由多根碳纳米管紧密聚集形成的宏观二维面状结构；以及，织物，其至少一侧表面上覆设有至少一所述的碳纳米管聚集体。在一些实施方案中，所述碳纳米管聚集体包括多个取向排布的基础单元，其中每一基础单元包括由多根碳纳米管交织形成的二维面状结构。在一些实施方案中，所述的多个基础单元在一个连续的面内密集排布且相互平行，使所述碳纳米管聚集体呈现宏观有序、微观无序的形态。在一些实施方案中，多个碳纳米管连续体在所述的连续的面上连续聚集并经致密化处理后而形成所述的多个基础单元。其中，所述碳纳米管连续体由浮动催化裂解法制备形成。其中，所述织物优选自高性能纤维织物。本专利技术实施例提供了一种防弹复合材料的制备方法，其包括：使多个碳纳米管连续体在一个连续的面上连续聚集并经致密化处理后而形成多个取向的基础单元，该多个基础单元密集排布而形成具有宏观二维面状结构的碳纳米管聚集体，其中所述的碳纳米管连续体由多根碳纳米管无序交织形成，且在致密化处理之前呈现封闭、半封闭或开放式的二维或三维空间结构；将所述的碳纳米管聚集体与织物的表面固定贴合，形成所述的防弹复合材料。本专利技术通过采用主要由碳纳米管聚集形成的纳米碳抗冲击材料与织物，特别是高性能纤维织物复合形成防弹复合材料，可以利用碳纳米管的中空结构吸收大量的冲击能量，当材料受到外加载荷时，碳纳米管及碳纳米管之间通过微观结构的改变，如碳纳米管被拉断裂、压扁，碳纳米管与碳纳米管之间搭接破坏等变化吸收能量，从而实现优良的防护作用，同时本专利技术的防弹复合材料还具有质地轻柔、密度小(小于1g/cm3)、防弹性优秀(高效的子弹的变形和能量吸收性)、抗冲击性高、耐热性优良(可短时间内在高达400℃的环境使用，长时间在温度高达200℃的环境使用)以及能与人体实现任意曲面贴合等特点。附图说明图1是本专利技术一典型实施例中利用热压机对碳纳米管聚集体进行压制处理的示意图；图2是本专利技术一典型实施例中一种碳纳米管薄膜的照片。图3是本专利技术一典型实施例中一种碳纳米管薄膜的TEM照片；图4是本专利技术一典型实施例中一种碳纳米管薄膜中所含碳纳米管的TEM照片。具体实施方式本专利技术实施例的一个方面提供了碳纳米管聚集体于制备防弹复合材料中的用途，所述碳纳米管聚集体包含由多根碳纳米管紧密聚集形成的宏观二维面状结构。进一步的，防弹复合材料包括：至少一碳纳米管聚集体，包含由多根碳纳米管紧密聚集形成的宏观二维面状结构；以及，织物，其至少一侧表面上覆设有至少一所述的碳纳米管聚集体。在一些实施方案中，所述碳纳米管聚集体包括由多根碳纳米管交织形成的二维面状结构。其中，交织的形式可以是有序或无序的。在一些较为优选的实施方案中，所述碳纳米管聚集体包括多个取向排布的基础单元，其中每一基础单元包括由多根碳纳米管交织形成的二维面状结构。进一步的，所述的多个基础单元在一个连续的面内密集排布且相互平行，使所述碳纳米管聚集体呈现宏观有序的形态。前述的连续的面可以是由一些基体提供，例如可以是压辊的弧形接收面、聚合物薄膜、织物等等，但不限于此。因此，所述的连续的面可以为平面或曲面。进一步的，所述基础单元中的多根碳纳米管无序交织，使所述碳纳米管聚集体呈现微观无序的形态。本案专利技术人意外的发现，具有此种宏观有序、微观无序的特殊结构的碳纳米管聚集体相较于具有其它碳纳米管聚集形式的防弹材料，在防弹性能等方面呈现出更多的优势，其可能的原因在于，在具有该特殊结构的碳纳米管聚集体中，一方面因碳纳米管自身特有的结构使其可以吸收大量冲击能量，另一方面因为碳纳米管与碳纳米管之间具有致密的网络和丰富的界面，使其充分配合，从而使之呈现出优异的防弹性能。在一些较为优选的实施方案中，多个碳纳米管连续体在所述的连续的面上连续聚集并经致密化处理后而形成所述的多个基础单元。其中，所述碳纳米管连续体由多根碳纳米管无序交织形成，且在致密化处理之前呈现封闭、半封闭或开放式的二维或三维空间结构。进一步的，所述碳纳米管连续体由浮动催化裂解法制备形成。其中，一些典型的所述碳纳米管连续体是多根多根碳纳米管无序交织形成的、封闭或敞口的筒状，且具有一定的长度，其在沉积到一定的基材上，并经致密化处理后，可形成呈条形状的所述基础单元。更为具体的，所述碳纳米管连续体的生产工艺可以参考现有的一些文献，例如：可以通过催化剂高温裂解，通入碳源气体生长得到单层或者多层的碳纳米管连续体，继而将这种连续体在连续的平面或曲面(即前述的连续的面)内聚集而形成所述的碳纳米管聚集体，所述碳纳米管聚集体可以为自支撑或非自支撑的碳纳米管薄膜。更为具体的，所述碳纳米管连续体的生产工艺可以参考现有的一些文献，例如：《science》，2004年，304期，p276。在一较为典型的案例中，一种制备所述碳纳米管连续体的方法包括如下步骤：S1、将反应炉温度升至1100℃～1600℃，保持温度稳定，向所述反应炉中注入载气；S2、将液相碳源通过碳源注射泵注射，液相碳源依次通过碳源输运管、限流部后均匀进入碳源注入管的碳源注入管芯；S3、液相碳源气化；S4、载气携带气化后的碳源到达所述反应炉的高温区中，生成碳纳米管聚集体。其中，所述液相碳源可以为乙醇、二茂铁、噻吩的混合溶液等。例如，乙醇的质量百分比为90～99.9％，二茂铁的质量百分比为0.1～5％、噻吩的质量百分比为0.1～5％。其中，所述载气为氢气和氮气或者氢气和惰性气体的混合气体，例如，氢气的体积百分比可以为1～100％，惰性气体为氩气或氦气，载气气体流量为1～15L本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳纳米管聚集体于制备防弹复合材料中的用途，所述防弹复合材料包括：至少一碳纳米管聚集体，包含由多根碳纳米管紧密聚集形成的宏观二维面状结构；以及，织物，其至少一侧表面上覆设有至少一所述的碳纳米管聚集体。

【技术特征摘要】
2016.01.29 CN 20161006497301.碳纳米管聚集体于制备防弹复合材料中的用途，所述防弹复合材料包括：至少一碳纳米管聚集体，包含由多根碳纳米管紧密聚集形成的宏观二维面状结构；以及，织物，其至少一侧表面上覆设有至少一所述的碳纳米管聚集体。2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于：所述碳纳米管聚集体包括由多根碳纳米管交织形成的二维面状结构。3.根据权利要求1-2中任一项所述的用途，其特征在于：所述碳纳米管聚集体包括多个取向排布的基础单元，其中每一基础单元包括由多根碳纳米管交织形成的二维面状结构。4.根据权利要求1-3中任一项所述的用途，其特征在于：所述的多个基础单元在一个连续的面内密集排布且相互平行，使所述碳纳米管聚集体呈现宏观有序的形态；所述的连续的面为平面或曲面。5.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于：所述基础单元中的多根碳纳米管无序交织，使所述碳纳米管聚集体呈现微观无序的形态。6.根据权利要求1-5中任一项所述的用途，其特征在于：多个碳纳米管连续体在所述的连续的面上连续聚集并经致密化处理后而形成所述的多个基础单元；所述碳纳米管连续体由多根碳纳米管无序交织形成，且在致密化处理之前呈现封闭、半封闭或开放式的二维或三维空间结构。7.根据权利要求1-6中任一项所述的用途，其特征在于：所述碳纳米管连续体由浮动催化裂解法制备形成。8.根据权利要求1-7中任一项所述的用途，其特征在于：相邻两个基础单元的纵向周缘部之间为彼此间隔、邻接或相互交叠的布置。9.根据权利要求1-8中任一项所述的用途，其特征在于：所述碳纳米管聚集体的表面和/或内部还分布有石墨烯。10.根据权利要求1-9中任一项所述的用途，其特征在于：至少一个所述碳纳米管聚集体中的至少一根碳纳米管上覆盖有石墨烯片。11.根据权利要求1-10中任一项所述的用途，其特征在于：至少一石墨烯片搭接在所述碳纳米管聚集体中的至少两根碳纳米管之间。12.根据权利要求1-11中任一项所述的用途，其特征在于：所述碳纳米管聚集体为碳纳米管膜，并且所述碳纳米管膜在其基本单元的取向方向上的强度为50MPa～12GPa，优选为120MPa～1GPa，而在垂直于该取向方向上的强度为30MPa～10GPa，优选为60MPa～800MPa。13.根据权利要求1-12中任一项所述的用途，其特征在于：构成所述织物的单丝的拉伸强度在22CN/dtex以上，优选在35CN/dtex以上；和/或，所述高性能纤维织物的面密度为35～220g/m2，优选为120～160g/m2。14.根据权利要求1-13中任一项所述的用途，其特征在于：所述织物选自高性能纤维织物，所述高性能纤维织物包括无纬布和/或交织布；优选的，构成所述高性能纤维织物的高性能纤维包括超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维和聚对苯撑苯并双恶唑纤维中的任意一种或两种以上的组合。15.根据权利要求1-14中任一项所述的用途，其特征在于包括层叠设置的至少两层织物和/或层叠设置的至少两个所述的碳纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡东梅，李清文，解晓波，李丹，金赫华，张永毅，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32