并入CNT的芳族聚酰胺纤维材料及其方法技术

组合物包括并入碳纳米管(CNT)的芳族聚酰胺纤维材料，该芳族聚酰胺纤维材料包括可缠绕维度的芳族聚酰胺纤维材料、共形地位于芳族聚酰胺纤维材料周围的隔离涂层、以及并入芳族聚酰胺纤维材料的碳纳米管(CNT)。并入的CNT是长度一致的和密度一致的。连续的CNT并入方法包括：(a)放置隔离涂层和碳纳米管(CNT)形成催化剂在可缠绕维度的芳族聚酰胺纤维材料的表面；和(b)在芳族聚酰胺纤维材料上合成碳纳米管，从而形成并入碳纳米管的芳族聚酰胺纤维材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及有机纤维材料，更具体地涉及用碳纳米管改性的芳族聚酰胺纤维材料。
技术介绍
纤维材料用在很多エ业的许多不同应用中，比如商业航空、娱乐、エ业和运输产业。这些和其他应用通常使用的纤维材料包括例如有机纤维、纤维素纤维、碳纤维、金属纤維、陶瓷纤维和芳族聚酰胺纤维。尤其是有机纤维材料，在结构和物理性质以及应用上变化很大。例如，很多弹性有机纤维材料例如弹カ纤维(Spandex)用于纺织品/服装エ业。ICEVLARr'是非常强的芳族聚酰胺纤维材料，其存在于例如防弾衣和轮胎中，更常见地存在于很多包括增强树脂例如环氧树脂的复合材料中，以及水泥中。芳族聚酰胺纤维，尽管具有良好的拉伸强度性质，但可能对光降解敏感并可吸收大量湿气。当将芳族聚酰胺纤维材料并入基体材料以形成复合材料时，上浆可被用于改善芳族聚酰胺纤维材料和基体之间的界面。然而，传统上浆剂可能表现出比它们被施加到的很多芳族聚酰胺纤维材料低的界面強度。因此，上浆强度和其承受界面应カ的能力最終决定总体复合材料的强度。开发芳族聚酰胺纤维材料的上浆剂以解决上述的一些问题并赋予芳族聚酰胺纤维材料期望的特性将会是有用的。本专利技术满足了该需要并也提供相关的优点。
技术实现思路
在ー些方面，本文公开的实施方式涉及包括并入碳纳米管(CNT)的芳族聚酰胺纤维材料的组合物，所述材料包括可缠绕维度的芳族聚酰胺纤维材料；共形地位于芳族聚酰胺纤维材料周围的隔离涂层；和并入芳族聚酰胺纤维材料的碳纳米管(CNT)。CNT是长度一致的和分布一致的。在ー些方面，本文公开的实施方式涉及包括以下的连续的CNT并入方法:(a)放置隔离涂层和碳纳米管(CNT)-形成催化剂在可缠绕维度的芳族聚酰胺纤维材料的表面；和(b)在芳族聚酰胺纤维材料上合成碳纳米管，从而形成并入碳纳米管的芳族聚酰胺纤维材料。附图说明图1显示在改善导热性和导电性的升高的生长温度下，在芳族聚酰胺纤维(Kevlar)上生长的CNT的SEM图像。图2显示在改善机械性质的低生长温度下，在芳族聚酰胺纤维(Kevlar)上生长的CNT的SEM图像。图3显示根据本专利技术一些实施方式的产生并入CNT的芳族聚酰胺纤维材料的方法。图4显示用于CNT生长的包括用于低温CNT合成的碳原料气预加热器的装置。图5显不CNT合成生长室的横截面视图。图6显示包括用于低温CNT合成的碳原料气预加热器和扩散器的CNT合成生长室的横截面视图。图7显示实施产生并入CNT的芳族聚酰胺纤维材料的方法的系统。图8显示实施产生并入CNT的芳族聚酰胺纤维材料的方法的另ー个系统，具有随后的树脂涂布和卷绕过程。专利技术详述本公开部分涉及并入碳纳米管(“并入CNT”)的芳族聚酰胺纤维材料。CNT并入芳族聚酰胺纤维材料可起到许多功能，包括例如，作为上浆剂以保护其免遭湿气和光降解的损害。基于CNT的上浆在复合材料中也可用作芳族聚酰胺纤维材料和基体材料之间的界面。CNT也可用作涂布芳族聚酰胺纤维材料的数种上浆剂的ー种。而且，并入在芳族聚酰胺纤维材料上的CNT可改变芳族聚酰胺纤维材料的各种性质，例如导热性和/或导电性，和/或例如拉伸强度。所采用的制造并入CNT的芳族聚酰胺纤维材料的方法提供具有基本上均匀长度和分布的CNT，以赋予它们均匀地遍布被改性的芳族聚酰胺纤维材料的有用性质。此外，本文公开的方法适于产生并入CNT的可缠绕维度的芳族聚酰胺纤维材料。本公开也部分涉及制造并入CNT的芳族聚酰胺纤维材料的方法。本文公开的方法可应用于在施加典型的上浆溶液至芳族聚酰胺纤维材料之前或代替之从头产生的初始芳族聚酰胺纤维材料。可选地，本文公开的方法可使用已经在它的表面施加上浆的商业芳族聚酰胺纤维材料，例如芳族聚酰胺纤维丝束。在这种实施方式中，上浆可被清除以便进一歩加工芳族聚酰胺纤维材料。CNT被合成与隔离涂层和过渡金属纳米颗粒结合，所述隔离涂层和过渡金属纳米颗粒的任一种或两者都可用作中间层，提供CNT间接并入芳族聚酰胺纤维材料，如以下进ー步解释的。在CNT合成后，根据需要，进ー步的上浆剂可被施加到芳族聚酰胺纤维材料上。本文描述的方法允许连续生产沿丝束、带材、织物和类似物的可缠绕长度具有均匀长度和分布的碳纳米管。虽然各种垫、织造的和非织造的织物和类似物可被本专利技术的方法功能化，但是在CNT功能化这些母体材料之后，也可能从母体丝束、纺线或类似物产生这种更高度有序的结构。例如，并入CNT的织造的织物可从并入CNT的芳族聚酰胺纤维丝束产生。本领域技术人员将认识到在芳族聚酰胺纤维上从头生长碳纳米管的方法所遇到的特别挑战，这是由于芳族聚酰胺纤维对较高温度的敏感性。例如，KEVI ARJ在400°C以上开始分解，并且在大约450°C升华。因此，本文公开的方法采用ー种或多种技木，以克服这种温度敏感性。ー种克服温度敏感性的技术是減少CNT生长时间。这可通过提供快速CNT生长速度的CNT生长反应器构造进行促迸。另ー种技术是提供隔热涂层，以便在合成期间保护芳族聚酰胺纤维材料。最后，可使用在较低温度下的CNT合成技木。采用这些技术中的一种或多种可以以连续的方法提供并入CNT的芳族聚酰胺纤维材料，以提供可缠绕量的功能化的芳族聚酰胺纤维材料。如本文所使用，术语“芳族聚酰胺纤维材料”指的是具有芳族聚酰胺纤维作为它的基本结构组分的任何材料。该术语包括纤维、丝、纺线、丝束、带材、织造的和非织造的织物、板片、垫、3D织造的结构和纸浆。如本文所使用，术语“可缠绕维度”指的是芳族聚酰胺纤维材料具有至少ー个长度不被限制的维度，允许材料储存在卷轴或心轴上。“可缠绕维度”的芳族聚酰胺纤维材料具有至少ー个这样的维度，该维度指示使用分批或连续处理进行CNT并入，如在本文描述的。商业上可得的ー种可缠绕维度的芳族聚酰胺纤维材料的例子是Kev丨ar 丝束，特值为600(l.=lg/l，000m)或 550 码/lb(DuPont，Wilmington，DE)。具体地，例如，可以以 1、2、4、8oz，l、2、5、10、251b.或更高的卷轴获得商业芳族聚酰胺纤维丝束。本专利技术的方法容易以I至IOlb.卷轴操作，尽管更大的卷轴是可用的。而且，可结合预处理操作，其将非常大的可缠绕长度例如501b.或更大分割成易于处理的尺寸，例如两个251b卷轴。如本文所使用，术语“碳纳米管”(CNT，复数是CNTs)指的是许多富勒烯族碳的圆柱形同素异形体的任ー种，包括单壁碳纳米管(SWNT)、双壁碳纳米管(DWNT)、多壁碳纳米管(MWNT)。CNT可以被富勒烯类似结构封端或是开ロ的。CNT包括包封其他材料的那些。如在本文使用，“长度一致”指的是在反应器中生长的CNT的长度。“一致的长度”意味着CNT具有这样的长度，其公差是总CNT长度加减大约20%或更少，因为CNT长度在大约50nm至大约200微米之间变化。在非常短的长度，例如50nm至大约4微米,该误差可在总CNT长度的大约加减20%之间的范围，或甚至大于总CNT长度的大约20%，例如总CNT长度的大约25%。如在本文使用，“分布一致”指的是芳族聚酰胺纤维材料上CNT的密度的一致性。“一致的分布”意味着在芳族聚酰胺纤维材料上CNT具有这样的密度，其公差是正负大约10%覆盖率，覆盖率被定义为被CNT覆盖的纤维的表面积的百分率。对具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.02 US 61/257,4131.组合物，其包括并入碳纳米管(CNT)的芳族聚酰胺纤维材料，所述芳族聚酰胺纤维材料包括可缠绕维度的芳族聚酰胺纤维材料、共形地位于芳族聚酰胺纤维材料周围的隔离涂层、以及并入芳族聚酰胺纤维材料的碳纳米管(CNT)，其中所述CNT是长度一致的和分布一致的。2.根据权利要求1所述的组合物，进ー步包括用于生长所述CNT的过渡金属纳米颗粒。3.根据权利要求1所述的组合物，其中并入CNT至所述芳族聚酰胺纤维材料包括选自下列的结合基序:直接结合各个CNT至所述芳族聚酰胺纤维；经放置在所述CNT和所述芳族聚酰胺纤维之间的过渡金属纳米颗粒间接结合；经放置在所述CNT和所述芳族聚酰胺纤维之间的所述过渡金属和隔离涂层间接结合；经放置在所述CNT和芳族聚酰胺纤维之间的所述隔离涂层间接结合；和其混合。4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述CNT具有大约50nm至大约500微米的长度。5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述CNT具有大约I微米至大约10微米的长度。6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述CNT具有大约10微米至大约100微米的长度。7.根据权利要求1所述的组合物，其中所述CNT具有大约100微米至大约500微米的长度。8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述分布的一致性以至多每平方微米(Pm2)大约15，000纳米管的密度为特征。9.根据权利要求1所述的组合物，其中所述芳族聚酰胺纤维材料选自碳丝、芳族聚酰胺丝束、芳族聚酰胺纺线、芳族聚酰胺带材、单向芳族聚酰胺带材、芳族聚酰胺纤维编织物、织造的芳族聚酰胺织物、非织造的芳族聚酰胺纤维垫和芳族聚酰胺纤维板片。10.根据权利要求1所述的组合物，其中所述CNT选自单壁CNT、双壁CNT、多壁CNT和其混合物。11.根据权利要求1所述的组合物，其中所述CNT为多壁CNT。12.根据权利要求1所述的组合物，进ー步包括选自下列的上浆剂:表面活性剤、抗静电剂、润滑剂、硅氧烷、烷氧基硅烷、氨基硅烷、硅烷、硅烷醇、聚こ烯醇、淀粉及其混合物。13.根据权利要求1所述的组合物，进ー步包括选自下列的基体材料:环氧树脂、聚酷、こ烯基酯、聚醚酰亚胺、聚醚酮酮、聚邻苯ニ酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、酚醛树脂和双马来酰亚胺。14.根据权利要求1所述的组合物，其中所述并入碳纳米管的芳族聚酰胺纤维的电阻率小于所述芳族聚酰胺纤维的电阻率。15.连续的CNT并入方法，包括: (a)放置隔离涂层和碳纳米管(CNT)形成催化剂在可缠绕维度的芳族聚酰胺纤维材料的表面；和 (b)在所述芳族聚酰胺纤维材料上合成碳纳米管，从而形成并入碳纳米管的芳族聚酰胺纤维材料； 其中所述连续的CNT并入方法具有在CNT生长室中大约5至大约600秒之间的材料停留时间。16.根据权利要求15所述的方法，其中大约5至大约120秒的材料停留时间产生具有长度在大约I微米至大约10微...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·K·沙，H·C·马里基，M·R·奥伯丁，S·H·加德纳，
申请(专利权)人：应用纳米结构方案公司，
类型：
国别省市：