碳纳米管复合纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳纳米管复合纤维，包括碳纳米管纤维芯层、橡胶层和环氧树脂层，所述碳纳米管纤维芯层作为所述碳纳米管复合纤维的芯层，所述橡胶层包覆设置在所述碳纳米管纤维芯层的外表面，所述环氧树脂层包覆设置在所述橡胶层背离所述碳纳米管纤维芯层的表面。将橡胶层设置于碳纳米管纤维芯层和环氧树脂层之间，橡胶具有良好的韧性，当材料受到外部载荷时，可以吸收能量，并阻碍裂纹的扩展，可以起到良好的缓冲、增韧作用，整体上提高复合材料的界面韧性。

Carbon nanotube composite fiber and its preparation

The invention provides a carbon nanotube composite fiber, which comprises a carbon nanotube fiber core layer, a rubber layer and an epoxy resin layer. The carbon nanotube fiber core layer is the core layer of the carbon nanotube composite fiber, and the rubber layer is coated on the outer surface of the carbon nanotube fiber core layer, and the epoxy resin layer is coated on the rubber layer which deviates from the carbon nanotube fiber The surface of the core layer. The rubber layer is set between the carbon nanotube fiber core layer and the epoxy resin layer. The rubber has good toughness. When the material is subjected to external load, it can absorb energy and hinder the crack growth. It can play a good buffer and toughening role and improve the interface toughness of the composite as a whole.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管复合纤维及其制备方法
本专利技术属于材料
，尤其涉及一种碳纳米管复合纤维及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管具有独特的结构和优异的力学性能，在环氧树脂中引入碳纳米管可以有效提高环氧树脂的力学性能，相关研究也取得一定的进展。碳纳米管以纤维形式在环氧树脂中可以起增强作用，且碳纳米管纤维与树脂的界面结合越好，增强效果越好。然而，由于环氧树脂与碳纳米管的热膨胀系数的差距较大，环氧树脂与碳纳米管之间会产生较大的界面应力，当受到外部载荷时，材料的界面韧性不足，产生的裂纹容易扩散从而导致材料的破坏。为了提高碳纳米管纤维与环氧树脂树脂的结合作用，常用上浆剂等方法对碳纳米管进行表面改性，但这样会破坏碳纳米管本身的结构，从而损害其性能。因而，本领域技术人员亟待研发一种具有高界面韧性的碳纳米管纤维复合物。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题本专利技术的目的在于获取一种碳纳米管复合纤维及其制备方法，旨在解决现有碳纳米管纤维环氧树脂复合材料所存在的界面韧性低的问题。解决问题的方法为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供一种碳纳米管复合纤维，包括碳纳米管纤维芯层、橡胶层和环氧树脂层，所述橡胶层包覆设置在所述碳纳米管纤维芯层的外表面，所述环氧树脂层包覆设置在所述橡胶层背离所述碳纳米管纤维芯层的表面。优选的，所述碳纳米管纤维芯层由至少一根碳纳米管纤维束合并而成，且所述碳纳米管纤维束由多根碳纳米管纤维丝并丝而成。优选的，所述橡胶层的材料为端官能团液体橡胶。优选的，所述环氧树脂层的材料选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和双酚S型环氧树脂中的至少一种。本专利技术另一方面提供一种上述碳纳米管复合纤维的制备方法，包括以下步骤：获取碳纳米管纤维芯层和橡胶，在所述碳纳米管纤维芯层的表面沉积所述橡胶，制备表面包覆有橡胶层的碳纳米管纤维芯层；获取环氧树脂溶液，将所述表面包覆有橡胶层的碳纳米管纤维芯层与所述环氧树脂溶液混合，然后进行固化处理，获得所述碳纳米管复合纤维。优选地，所述碳纳米管纤维芯层的制备方法包括以下步骤：获取碳纳米管阵列，从碳纳米管阵列中拉出碳纳米管薄膜，然后将所述碳纳米管薄膜进行加捻处理，获得碳纳米管纤维丝；将多根所述碳纳米管纤维丝进行并丝处理，获得碳纳米管纤维束；将至少一根所述碳纳米管纤维束进行合并，获得所述碳纳米管纤维芯层。优选地，将所述碳纳米管薄膜进行加捻处理的步骤中，选择宽度为0.1m的碳纳米管薄膜进行加捻处理；和/或将所述碳纳米管薄膜进行加捻处理的步骤中，捻度为500-1000tpm。优选地，将多根所述碳纳米管纤维丝进行并丝处理的步骤包括：获取80-120根所述碳纳米管纤维丝，进行无加捻并丝或者加捻并丝，当进行加捻并丝时的捻度为50-150tpm。优选地，将至少一根所述碳纳米管纤维束进行合并的步骤中，将多根所述碳纳米管纤维束沿所述碳纳米管纤维芯层的轴向平行排列或螺旋旋转排列。优选地，在所述碳纳米管纤维芯层的表面沉积所述橡胶溶液的步骤包括：将所述橡胶溶解形成橡胶溶液，并将所述碳纳米管纤维芯层以预设速度匀速穿过所述橡胶溶液。优选地，每100毫升所述橡胶溶液包含5.0-8.0g所述橡胶，且所述橡胶为端官能团液体橡胶。优选地，所述预设速度为0.004-0.02m/s。优选地，所述环氧树脂溶液包含环氧树脂和固化剂，且所述固化剂和所述环氧树脂的质量比为(20-30):100。优选地，进行固化处理的步骤包括：在80-150℃加热4-6小时。专利技术效果本专利技术获取的碳纳米管复合纤维，包括碳纳米管纤维芯层、橡胶层和环氧树脂层，且橡胶层设置于碳纳米管纤维芯层和环氧树脂层之间，橡胶具有良好的韧性，当材料受到外部载荷时，可以吸收能量，并阻碍裂纹的扩展，可以起到良好的缓冲、增韧作用，从而提高复合材料的界面韧性。而且，制备的碳纳米管纤维显微镜里观察时能发现它具有须状的丝，这是丝线都具有的特征，该须与橡胶层也存在物理结合，从而还辅助提高了结合强度。另外，橡胶能够均匀包覆在碳纳米管纤维上，橡胶与碳纳米管纤维和环氧树脂间均具有良好的结合力，可确保碳纳米管纤维和环氧树脂间良好的界面结合强度。本专利技术获取的上述碳纳米管复合纤维的制备方法，通过在碳纳米管纤维的表面依次包覆设置橡胶层和环氧树脂层，制备了具有高界面韧性的碳纳米管复合纤维，方法简便，步骤简单，易于控制，可应用于碳纳米管复合纤维的大规模制备生产，具有较高的商业应用价值。附图说明图1为本专利技术优选实施例获取的一种碳纳米管复合纤维的纵向剖面图；图2是本专利技术的一实施例的碳纳米管复合纤维的横向剖面图；图3是本专利技术的一实施例的碳纳米管复合纤维的横向剖面图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。一种碳纳米管复合纤维，如图1所示，包括碳纳米管纤维芯层、橡胶层和环氧树脂层，所述橡胶层包覆设置在所述碳纳米管纤维芯层的外表面，所述环氧树脂层包覆设置在所述橡胶层背离所述碳纳米管纤维芯层的表面。本专利技术实施例提供的碳纳米管复合纤维，包括碳纳米管纤维芯层、橡胶层和环氧树脂层，所述碳纳米管纤维芯层作为所述碳纳米管复合纤维的芯层，且橡胶层设置于碳纳米管纤维芯层和环氧树脂层之间，橡胶具有良好的韧性，当材料受到外部载荷时，可以吸收能量，并阻碍裂纹的扩展，可以起到良好的缓冲、增韧作用，从而提高复合材料的界面韧性。另外，橡胶与碳纳米管和环氧树脂间具有良好的结合力，可确保碳纳米管和环氧树脂间良好的界面结合强度。具体的，所述碳纳米管纤维芯层作为本专利技术实施例所述碳纳米管复合纤维的芯层，为至少一根碳纳米管纤维束合并形成的宏观纤维。如图2所示，在一些实施方式中，所述碳纳米管复合纤维中，所述碳纳米管纤维芯层为单根碳纳米管纤维束；如图3所示，在另一些实施方式中，所述碳纳米管复合纤维中，所述碳纳米管纤维芯层由多根碳纳米管纤维束合并形成，例如3根。作为优选，所述碳纳米管纤维芯层由至少一根碳纳米管纤维束合并而成，且所述碳纳米管纤维束由多根碳纳米管纤维丝并丝而成。这类碳纳米管纤维芯层在显微镜里观察时能发现它具有须状的丝，其与橡胶层也存在物理结合，辅助提高了结合强度。作为优选的实施方式，所述碳纳米管纤维芯层为碳纳米管薄膜经加捻处理后得到的碳纳米管纤维芯层。加捻得到的碳纳米管纤维具有较好的力学性能，制备得到的碳纳米管纤维更能够满足后续应用需求。在一些实施方式中，所述碳纳米管纤维芯层的捻度为3000-1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管复合纤维，其特征在于，包括碳纳米管纤维芯层、橡胶层和环氧树脂层，所述橡胶层包覆设置在所述碳纳米管纤维芯层的外表面，所述环氧树脂层包覆设置在所述橡胶层背离所述碳纳米管纤维芯层的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管复合纤维，其特征在于，包括碳纳米管纤维芯层、橡胶层和环氧树脂层，所述橡胶层包覆设置在所述碳纳米管纤维芯层的外表面，所述环氧树脂层包覆设置在所述橡胶层背离所述碳纳米管纤维芯层的表面。


2.根据权利要求1所述的碳纳米管复合纤维，其特征在于，所述碳纳米管纤维芯层由至少一根碳纳米管纤维束合并而成，且所述碳纳米管纤维束由多根碳纳米管纤维丝并丝而成。


3.根据权利要求1所述的碳纳米管复合纤维，其特征在于，所述橡胶层的材料为端官能团液体橡胶。


4.根据权利要求1所述的碳纳米管复合纤维，其特征在于，所述环氧树脂层的材料选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和双酚S型环氧树脂中的至少一种。


5.一种碳纳米管复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取碳纳米管纤维芯层和橡胶，在所述碳纳米管纤维芯层的表面沉积所述橡胶，制备表面包覆有橡胶层的碳纳米管纤维芯层；
获取环氧树脂溶液，将所述表面包覆有橡胶层的碳纳米管纤维芯层与所述环氧树脂溶液混合，然后进行固化处理，获得所述碳纳米管复合纤维。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管纤维芯层的制备方法包括以下步骤：
获取碳纳米管阵列，从碳纳米管阵列中拉出碳纳米管薄膜，然后将所述碳纳米管薄膜进行加捻处理，获得碳纳米管纤维丝；
将多根所述碳纳米管纤维丝进行并丝处理，获得碳纳米管纤维束；
将至少一根所述碳纳米管纤维束进行合并，获得所述碳纳米管纤维芯层。


7.根据权利要求6所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓飞，
申请(专利权)人：深圳烯湾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44