取向碳纳米管增强尼龙复合材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种取向碳纳米管增强尼龙复合材料、其制备方法及应用。所述制备方法包括：使未收缩的碳纳米管聚集体直接进入液相体系，并使所述液相体系所含的尼龙高分子与组成所述碳纳米管聚集体的碳纳米管充分接触及复合，形成碳纳米管聚集体与尼龙的复合体；使所述碳纳米管聚集体与尼龙的复合体收缩，以及使其中的碳纳米管取向，再进行固化处理，之后收集获得取向碳纳米管增强尼龙复合材料。本发明专利技术的制备工艺简单可控，适应规模化生产的需求，且所获产品力学性能优异，可以作为3D打印材料应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
取向碳纳米管增强尼龙复合材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种碳纳米管复合薄膜或纤维的制备方法，具体涉及一种取向碳纳米管增强尼龙复合材料、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]受益于碳纳米管所具有的优异力、热、电等性能，由碳纳米管与高分子材料等组装得到的碳纳米管复合材料也呈现出多种良好的工作性能，并有望在多个领域得到广泛应用。
[0003]目前已经报道了多种向碳纳米管纤维等材料中引入纳米材料、高分子材料等功能性客体，从而获得碳纳米管复合材料的方法。例如，可以通过喷涂或浸泡的方式使尼龙等高分子材料附着于碳纳米管纤维上。又例如，还可以从可纺丝碳纳米管阵列中拉出碳纳米管薄膜，并将薄膜缠绕在固定尺寸的圆辊上，并向圆辊上碳纳米管薄膜喷洒或浸泡尼龙等高分子的溶液，然后将薄膜取下缠绕或加捻成纤维状，从而获得碳纳米管/高分子复合纤维。这些方法虽然可以将功能性客体引入纤维内部或表面，但功能性客体与碳纳米管接触面积小，需要多步后处理手段，难以大规模连续实施，且也无法保障碳纳米管复合材料的品质。
[0004]本申请的专利技术人此前曾提出过一种改进的方案，即，通过向浮动催化化学气相沉积法制备的、未收缩的碳纳米管聚集体喷射前述功能性客体或其溶液，以期获得具有更佳性能的碳纳米管复合薄膜或纤维。这种方式对于碳纳米管复合薄膜或纤维的改善幅度仍较为有限。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种取向碳纳米管增强尼龙复合材料、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。
[0006]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：
[0007]本专利技术实施例提供了一种取向碳纳米管增强尼龙复合材料的制备方法，其包括：
[0008]使未收缩的碳纳米管聚集体直接进入第一液相体系，使所述第一液相体系所含的尼龙高分子与组成所述碳纳米管聚集体的碳纳米管充分接触及复合，形成碳纳米管聚集体与尼龙的复合体；
[0009]使所述碳纳米管聚集体与尼龙的复合体收缩，以及使其中的碳纳米管取向，再进行固化处理，之后收集获得取向碳纳米管增强尼龙复合材料。
[0010]在一些实施方式中，所述的制备方法还包括：在设定温度条件下，使所述取向碳纳米管增强尼龙复合纤维通过第一拉丝模具，使所述取向碳纳米管增强尼龙复合纤维致密化，并使其中的碳纳米管进一步取向。
[0011]在一些实施方式中，所述的制备方法还包括：将多根取向碳纳米管增强尼龙复合纤维并股，之后在设定温度条件下穿过第二拉丝模具，获得取向碳纳米管增强尼龙复合线材。
[0012]在一些实施方式中，所述的制备方法还包括：利用化学气相沉积法制备连续的且未收缩的碳纳米管聚集体。
[0013]本专利技术实施例还提供了由前述任一种方法制备的取向碳纳米管增强尼龙复合材料。
[0014]本专利技术实施例还提供了所述取向碳纳米管增强尼龙复合材料的用途，例如在3D打印中的用途。
[0015]与现有技术相比，本专利技术通过将化学气相沉积法制取的碳纳米管聚集体在收缩前直接浸入含尼龙分子的液相体系中，可以使碳纳米管聚集体表面和内部的碳纳米管均能与液相体系中的尼龙分子充分接触并原位复合，进而可以使最终所获取向碳纳米管增强尼龙复合材料中碳纳米管能高度取向，且尼龙与碳纳米管复合更为充分、均匀，从而极大的提升了碳纳米管/尼龙复合材料的力学性能等，使其可以作为3D打印材料等应用，同时本专利技术取向碳纳米管增强尼龙复合材料的制备工艺简单、可控性好，适应规模化生产的需求。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一典型实施方案中一种取向碳纳米管增强尼龙复合纤维的制备工艺原理图。
[0017]图2a-图2b是本专利技术一实施例中所获的一种取向碳纳米管增强尼龙复合纤维样品(对应于浓度为5wt％的尼龙甲酸溶液)表面、截面形貌的电镜图。
[0018]图3是本专利技术一实施例中所获的一种取向碳纳米管增强尼龙复合纤维样品(对应于浓度为5wt％的尼龙甲酸溶液)的力学性能表征图。
[0019]图4是本专利技术一实施例中采用不同浓度(0.5wt％、5wt％、10wt％)尼龙甲酸溶液形成的取向碳纳米管增强尼龙复合纤维样品的TG曲线图。
[0020]图5是对照例1中采用水溶液致密化后的碳纳米管纤维截面的电镜图。
[0021]图6是本专利技术一典型实施方案中经过取向收集和过拉丝模进一步取向处理后制备的取向碳纳米管尼龙复合纤维(对应于浓度为5wt％的尼龙甲酸溶液)的表面电镜图。
[0022]图7是本专利技术一典型实施方案中一种取向碳纳米管增强尼龙复合线材的制备工艺原理图。
[0023]图8a-图8b是本专利技术一实施例中所获的一种3D打印件的照片及力学性能测试图。
具体实施方式
[0024]针对现有技术的诸多缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，提出本专利技术的技术方案，如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。但是，应当理解，在本专利技术范围内，本专利技术的上述各技术特征和在下文(实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以相互结合，从而构成新的或者优选的技术方方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
[0025]本专利技术实施例的一个方面提供的一种取向碳纳米管增强尼龙复合材料的制备方法包括：
[0026]使未收缩的碳纳米管聚集体直接进入第一液相体系，使所述第一液相体系所含的尼龙高分子与组成所述碳纳米管聚集体的碳纳米管充分接触及复合，形成碳纳米管聚集体与尼龙的复合体；
[0027]使所述碳纳米管聚集体与尼龙的复合体收缩，以及使其中的碳纳米管取向，再进行固化处理，之后收集获得取向碳纳米管增强尼龙复合材料。
[0028]其中，所述的“碳纳米管聚集体”可以被视为是由多个碳纳米管以松散的形式聚集形成的碳纳米管聚集体，例如可以是碳纳米管气溶胶。
[0029]其中，所述的尼龙可以是由内酰胺开环聚合形成，或者由二元酸、二元胺缩聚而形成。例如，其可以选自尼龙46(PA46)、尼龙4T(PA4T)、尼龙56(PA56)、尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)、透明尼龙(半芳香族尼龙)、尼龙6T(PA6T)、尼龙MXD6、尼龙610(PA610)、尼龙612(PA612)、尼龙9T(PA9T)、尼龙10T(PA10T)、尼龙1010(PA1010)、尼龙11(PA11)、尼龙12(PA12)、尼龙1212(PA1212)、尼龙1313(芳纶1313)、尼龙1414(PA1414)等，且不限于此。
[0030]在一些实施方式中，所述的制备方法具体包括：
[0031]牵拉所述碳纳米管聚集体与尼龙的复合体，使所述碳纳米管聚集体与尼龙的复合体收缩，并使其中的碳纳米管取向，从而获得取向碳纳米管与尼龙的复合纤维；
[0032]对所述取向碳纳米管与尼龙的复合纤维进行固化处理，获得取向碳纳米管增强尼龙复合纤维。
[0033]在一些实施方式中，所述的制备方法还包括：在设定温度条件下，使所述取向碳纳米管增强尼龙复合纤维通过第一拉丝模具，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种取向碳纳米管增强尼龙复合材料的制备方法，其特征在于包括：使未收缩的碳纳米管聚集体直接进入第一液相体系，并使所述第一液相体系所含的尼龙高分子与组成所述碳纳米管聚集体的碳纳米管充分接触及复合，形成碳纳米管聚集体与尼龙的复合体；使所述碳纳米管聚集体与尼龙的复合体收缩，以及使其中的碳纳米管取向，再进行固化处理，之后收集获得取向碳纳米管增强尼龙复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：牵拉所述碳纳米管聚集体与尼龙的复合体，使所述碳纳米管聚集体与尼龙的复合体收缩，并使其中的碳纳米管取向，从而获得取向碳纳米管与尼龙的复合纤维；对所述取向碳纳米管与尼龙的复合纤维进行固化处理，获得取向碳纳米管增强尼龙复合纤维。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于还包括：在设定温度条件下，使所述取向碳纳米管增强尼龙复合纤维通过第一拉丝模具，使所述取向碳纳米管增强尼龙复合纤维致密化，并使其中的碳纳米管进一步取向。4.根据权利要求2-3中任一项所述的制备方法，其特征在于还包括：将多根取向碳纳米管增强尼龙复合纤维并股，之后在设定温度条件下穿过第二拉丝模具，获得取向碳纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永毅，傅慧丽，李志，陈立，勇振中，牛宇涛，李清文，
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南昌研究院，
类型：发明
国别省市：