一种高取向碳纳米管复合预制体及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高取向碳纳米管复合预制体及其制备方法，属于纳米材料【技术领域】。所述制备方法将无规取向的碳纳米管薄膜与树脂进行复合制备成碳纳米管复合预制体；然后对所述预制体牵伸处理来提高碳纳米管取向度；对一次牵伸后的碳纳米管复合预制体进行热压处理后可以进行二次牵伸。本发明制备的碳纳米管复合预制体具有优异的力学性能、导热性能和导电性能，在结构材料、电子器件导热和电磁屏蔽等领域具有非常广阔的应用前景。本发明提供的碳纳米管复合预制体，增加了碳纳米管之间的相互作用，碳纳米管复合预制体经过二次牵伸后，牵伸率可高达55%，拉伸强度达到965MPa；由极化拉曼光谱测定的取向度达到9.8。
【专利说明】一种高取向碳纳米管复合预制体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳纳米管复合预制体的制备方法，尤其涉及一种高取向碳纳米管复合预制体的制备方法。
【背景技术】
[0002]自1991年日本电镜专家Iijima发现碳纳米管(CNTs)以来，不同领域的专家们对这种独特的一维石墨结构产生了浓厚的兴趣。碳纳米管具有极高的拉伸强度、弹性模量和弹性变形，其综合性能高于任何已发现的传统材料。例如单壁碳纳米管的模量高达ITPa(约为钢的5倍)，其拉伸强度普遍分布于50?200GPa，并且单壁碳纳米管的密度只有1.2g/cm3左右。因此，碳纳米管复合材料较目前的高性能碳纤维复合材料更轻、更强。此外，碳纳米管具有优异电、导热和热稳定性能，故碳纳米管复合材料被认为是最具潜力替代碳纤维复合材料同时实现结构/功能一体化的下一代先进复合材料。
[0003]现有技术大多采用颗粒填充树脂的形式来制备碳纳米管复合材料，但受到碳纳米管难分散和无规分布的影响其复合材料的性能远低于预期水平。目前已经发展出许多碳纳米管分散技术，如超声、三辊研磨、球磨和螺杆挤出，然而利用这些技术很难制备分散良好的高碳纳米管含量复合材料，并且随着碳纳米管含量的增加体系的粘度大幅度提高，对成型工艺产生影响。碳纳米管取向排布可有效改善该类材料的力学性能，降低孔隙率，提高材料致密度。针对提高碳纳米管的取向度，也发展出许多相关技术，如电场法、磁场法和流体法。然而，这些方法得到的碳纳米管取向度较差，同时较低的碳纳米管含量限制了碳纳米管高性能的发挥。因此，迫切需要一种有效的简便技术来制备兼具高取向和高含量的碳纳米管材料。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种有效的、操作简便的方法来制备高取向碳纳米管复合预制体。为了实现这一目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]第一步，准备无规取向的碳纳米管薄膜，该薄膜可以采用气相沉积等方法进行制备；该薄膜由几十至几百层厚度不低于0.1 μπι的碳纳米管薄层构成，碳纳米管在薄膜面内二维分布，无规取向，不沿厚度分布；
[0006]第二步，将所述的无规取向的碳纳米管薄膜与树脂进行复合制备成碳纳米管复合预制体；
[0007]第三步，对碳纳米管复合预制体牵伸处理来提高碳纳米管取向度，由于浸溃树脂增加了碳纳米管间的相互作用，其牵伸率可高达30%?45%，牵伸在温度箱内进行，加热温度应低于树脂凝胶温度20°C以上。
[0008]根据取向度要求，可以对碳纳米管复合预制体进行二次牵伸。如需进行二次牵伸获得更高取向度，需先对一次牵伸后的碳纳米管复合预制体进行热压处理，消除一次牵伸造成的孔隙等。热压处理的温度应低于树脂固化温度20°C以上，压力为0.5?2MPa，通过热压处理可以降低碳纳米管薄膜的厚度，同时密实碳纳米管复合预制体。所述二次牵伸的牵伸率低于第一次牵伸的牵伸率。一般二次牵伸的牵伸率为5?15%。
[0009]本发明的优点在于:
[0010](I)本发明制备的碳纳米管复合预制体具有优异的力学性能、导热性能和导电性能，在结构材料、电子器件导热和电磁屏蔽等领域具有非常广阔的应用前景。
[0011](2)本发明提供的碳纳米管复合预制体，增加了碳纳米管之间的相互作用，碳纳米管复合预制体经过二次牵伸后，牵伸率可高达55%。
[0012](3)本发明制备的碳纳米管复合预制体具有高取向度，由极化拉曼光谱测定的取向度(1(:///1(:1)可达到 9.8。
[0013](4)本发明制备的碳纳米管复合预制体具有高碳纳米管含量，碳纳米管质量百分含量40%?65%。
[0014](5)本发明制备的高取向碳纳米管复合预制体具有优异的力学性能，经过两次牵伸处理后的碳纳米管复合预制体的断裂伸长率为3.7%，拉伸强度达到965MPa。
[0015](6)本发明牵伸后的高取向碳纳米管复合预制体可直接固化制备成复合材料薄膜，克服了高取向碳纳米管膜孔隙尺寸极小，树脂难于浸溃的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为初始无规取向的碳纳米管薄膜表面形貌；
[0017]图2为一次牵伸(牵伸率30%)后碳纳米管复合预制体的表面形貌；
[0018]图3为实施例中经过两次牵伸后的碳纳米管复合预制体表面形貌；
[0019]图4为实施例中制备的高取向碳纳米管环氧预制体应力-应变曲线。
[0020]具体实施方法
[0021]下面结合附图和实施例，对本发明进行详细说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0022]本发明提供一种高取向碳纳米管复合预制体及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤:
[0023]第一步，准备无规取向的碳纳米管薄膜。
[0024]该薄膜可以采用气相沉积等方法进行制备；该薄膜由几十至几百层厚度不低于
0.1ym的碳纳米管薄层构成，碳纳米管在薄膜面内二维分布，无规取向，不沿厚度分布，参见图1。
[0025]所述气相沉积法制备碳纳米管薄膜包括以下步骤:
[0026]在惰性气体(如氩气、氢气或两者混合物)的保护作用下，将碳源乙醇、噻吩与催化剂二茂铁混合体系注入高温管式炉中。在高温管式炉的另一端采用缠绕装置收集形成的碳纳米管气凝胶，单层气凝胶厚度约为0.1 μ m，采用溶液喷洒于碳纳米管气凝胶，溶液挥发后形成碳纳米管薄膜，随着缠绕单层厚度变化，最终碳纳米管薄膜厚度几微米至几十微米。这种碳纳米管薄膜的生产方法更容易实现连续批量化生产，而且通过调整高温管式炉的直径以及缠绕装置可以控制碳纳米管薄膜的尺寸，因而更能够满足实际的应用。可以通过调节缠绕的时间来控制碳纳米管薄膜单层的厚度，但不低于0.1 μ m。改变生长条件可以得到单壁碳纳米管、少壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的一种或多种，碳纳米管之间通过范德华力相互缠结形成自支撑碳纳米管薄膜。碳纳米管与碳纳米管薄膜几乎同时形成，因此碳纳米管的优异性能损耗较小。
[0027]第二步，将无规取向的碳纳米管薄膜与树脂进行复合制备成碳纳米管复合预制体；
[0028]为了提高碳纳米管膜的可牵伸性，本发明将碳纳米管薄膜浸溃树脂制备成碳纳米管复合预制体。碳纳米管薄膜具有大量的孔隙能够使树脂将其浸润从而制得具有高碳纳米管含量的预制体，但是碳纳米管薄膜的孔隙尺寸在几纳米至几十纳米，其渗透特性相对较差，因此碳纳米管复合预制体的制备可分别采用溶液浸溃法和熔融浸溃法。
[0029]采用溶液浸溃法制备碳纳米管复合预制体，该过程包括以下步骤:
[0030](a)将树脂溶于溶剂配成树脂溶液，所述树脂溶液的浓度低于5g/L，为保证树脂溶液能够良好的浸润碳纳米管薄膜，需保证所制备树脂溶液的粘度至少低于IPa.S。其中的树脂为聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氨酯、环氧树脂、双马树脂、氰基树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺中的任意一种。溶剂为乙醇、丙酮、苯、甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或者两种以上的混合。对于有些树脂，尤其是热塑性树月旨，为了提高其溶解速度，在溶解过程中依据树脂特性，加热树脂溶液至50?80°C以提高溶解效率。
[0031](b)将碳纳米管薄膜浸入该树脂溶液中保持5?30分钟，对于粘度较高的树脂溶液，提高碳纳米管薄膜的浸泡时间30分钟至一小时来改善浸润效果。
[0032](c)加热烘干碳纳米管薄膜获得碳纳米管复合预制体。对于热固性树脂，烘干温度要低于热固性树脂的凝胶温度；对于热塑性树脂，烘干温度要低于热塑性树脂的热分解温度。为了提高树脂溶液中乙醇、丙酮、苯等溶剂的挥发速率并且降低溶剂的沸点可将浸泡后的碳纳米管薄膜置于真空烘箱中，烘干条件为-0.1MPa真空度下于100°C?130°C保持2h ?6h。
[0033]针对较难溶解、溶剂具有较强毒性或熔融温度较低的树脂体系，可采用熔融浸溃法制备碳纳米管复合预制体，过程如下:
[0034]该方法可采用热固性或热塑性树脂。首先加热树脂体系，保证树脂体系粘度低于
0.5Pa.s，或者加热温度应低于树脂凝胶温度20°C以上，保证树脂具有良好的流动性，同时不会固化。将碳纳米管薄膜浸入加热的树脂体系中，放置15分钟。取出浸溃树脂的碳纳米管薄膜，制备得到碳纳米管复合预制体，降温以备牵伸使用。所述树脂体系是指聚乙烯、聚乙烯醇、环氧树脂、双马树脂、氰基树脂和聚酰亚胺中的任意一种。
[0035]第三步，对所述的碳纳米管复合预制体进行一次牵伸处理。
[0036]为保证牵伸过程正常进行，夹头间碳纳米管复合预制体的长度与宽度比不低于3。牵伸速度0.1?0.5mm/min,—次牵伸的牵伸率30%?45%。为降低树脂的粘度,牵伸可在温度箱内进行，温度箱内加热温度应低于树脂凝胶温度20°C以上，从而保证获得低粘度的同时不会发生明显固化。牵伸过程中，碳纳米管沿牵伸方向择优取向，碳纳米管复合预制体的宽度明显降低，厚度随着牵伸率的增加而增大，牵伸后厚度可增大1.5?3倍，碳纳米管与碳纳米管间作用力减弱。处于粘流态的树脂有利于得到高取向度的碳纳米管复合预制体，所以对于不同树脂体系的碳纳米管复合预制体要在不同温度下进行牵伸处理。
[0037]为了进一步提高碳纳米管复合预制体中碳纳米管的取向度，可以对碳纳米管预制体进行二次牵伸。二次牵伸的牵伸率小于一次牵伸的牵伸率，一般选取二次牵伸的牵伸率为5%?15%。
[0038]二次牵伸之前需要先对一次牵伸后的碳纳米管复合预制体进行热压处理。为防止热压密实过程中破坏碳纳米管复合预制体的薄膜结构，同时保证碳纳米管复合预制体完整地从压实模具上取出，在碳纳米管复合预制体与热压密实用平板模具中间放置一层隔离膜，如聚四氟乙烯膜。将碳纳米管复合预制体夹在两个平整的平板模具中，该平板模具由刚性材料制备，如碳钢。热压处理过程为:
[0039]首先加热平板模具，保证加热温度下的树脂粘度I?2Pa *s，并且温度低于凝胶温度20°C以上。待升温至设定温度，恒定在该温度下，将碳纳米管复合预制体放入平板模具中均匀加压，压力0.5?2MPa，加压时间10?15分钟，卸掉压力并将碳纳米管复合预制体从平板模具中取出冷却。所述热压处理采用的加压装置可以选择压机等。热压密实后，碳纳米管复合预制体厚度降低，宽度变大，碳纳米管复合预制体进一步密实。
[0040]通过上述方法制备得到的碳纳米管复合预制体，碳纳米管取向度为6.2?9.8，碳纳米管质量百分含量40%?65%。
[0041]实施例1
[0042]应用本发明提供的制备方法，通过一次牵伸制备牵伸率30%的高取向碳纳米管/环氧复合预制体，具体步骤如下:
[0043]第一步，碳纳米管薄膜的制备；
[0044]在惰性气体的保护作用下，将乙醇、二茂铁和噻吩的混合液以0.15ml/min的速度注入到1300°C的高温管式炉中。惰性气体为氩气与氢气(体积比为1:1)的混合物，其流量为4000sCCm。在高温管式炉的另一端形成连续的碳纳米管气凝胶，通过缠绕装置收集碳纳米管气凝胶，碳纳米管气凝胶单层厚度约0.1 μ m，同时用乙醇与水的混合液喷洒碳纳米管气凝胶得到碳纳米管薄膜。收集30分钟得到长25cm、宽20cm和厚10微米的碳纳米管薄膜。图1表明碳纳米管无规分布于初始制备的碳纳米管薄膜中。
[0045]第二步，碳纳米管复合预制体的制备；
[0046]利用手术刀从上述得到的无规取向的碳纳米管薄膜上切取长35mm、宽IOmm的长方形样条。采用熔融浸溃法，将环氧树脂E51与2-乙基-4甲基咪唑以100:7的质量比混合均匀形成树脂体系，加热树脂体系至50°C，将碳纳米管薄膜的长方形样条浸入所述的树脂体系中10分钟，取出浸溃的碳纳米管薄膜并冷却，获得碳纳米管复合预制体。
[0047]第三步，碳纳米管复合预制体的牵伸取向；
[0048]用Instron3344力学试验机夹持碳纳米管复合预制体样条在室温下进行30%的牵伸，夹头两端距离为20mm，牵伸速率为0.5mm/min。牵伸后得到高取向碳纳米管复合预制体。
[0049]图2显示，经过30%牵伸后碳纳米管复合预制体在牵伸方向表现出较高的碳纳米管取向，取向度通常采用偏振拉曼光谱表征，平行与垂直于碳纳米管牵伸方向G峰的比值
I越大取向度越大，牵伸前后IewIu从1.1增加至6.2。碳纳米管质量百分含量40%。
[0050]实施例2
[0051]应用本发明提供的制备方法，通过二次牵伸制备牵伸率50%的高取向碳纳米管/邻苯二甲腈树脂复合预制体，具体步骤如下:[0052]第一步，碳纳米管薄膜的制备；
[0053]在惰性气体的保护作用下，将乙醇、二茂铁和噻吩的混合液以0.15ml/min的速度注入到1300°C的高温管式炉中。惰性气体为氩气与氢气(体积比为1:1)的混合物，其流量为4000sCCm。在高温管式炉的另一端形成连续的碳纳米管气凝胶，通过缠绕装置收集碳纳米管气凝胶，同时用乙醇与水的混合液喷洒碳纳米管气凝胶得到碳纳米管薄膜。收集I小时得到长25cm、宽20cm和厚20微米的碳纳米管薄膜。
[0054]第二步，碳纳米管复合预制体的制备；
[0055]从上述得到的碳纳米管薄膜上切取长10cm、宽2cm的碳纳米管薄膜的长方形样品。将邻苯二甲腈树脂与二甲基甲酰胺以5:100的质量比混合并于70°C下搅拌I小时，得到邻苯二甲腈树脂的稀释溶液。将碳纳米管薄膜样品浸入上述稀释溶液中10分钟，取碳纳米管薄膜放入真空烘箱下在-0.1MPa真空度下于100°C保持2h，获得碳纳米管复合预制体。
[0056]第三步，碳纳米管复合预制体的牵伸；
[0057]将Instron3382力学试验机夹持碳纳米管预制体在120°C的高温箱内进行35%的牵伸，夹头两端距离为8cm，牵伸速率为0.4mm/min。一次牵伸后碳纳米管复合预制体厚度28微米。第四步，碳纳米管预制体的热压密实处理；
[0058]加热碳钢平板模具至100°C，将聚四氟乙烯膜铺放于碳纳米管复合预制体上下表面，将碳纳米管复合预制体放置于平板模具中均匀加压，压力2MPa，加压lOmin，卸掉压力并将碳纳米管复合预制体从平板模具中取出冷却。压实后，碳纳米管复合预制体厚度降低为21微米。第五步，碳纳米管预制体的二次牵伸；
[0059]将Instr0n3382力学试验机夹持经过一次牵伸并热压密实处理后的碳纳米管复合预制体在120°C的高温箱内进行15%的牵伸，夹头两端距离为8cm，牵伸速率为0.1mm/min，得到本发明的高取向的碳纳米管复合预制体。
[0060]图3显示经过两次牵伸后碳纳米管复合预制体在牵伸方向表现出更高的碳纳米管取向，经过牵伸后碳纳米管预制体中碳纳米管的取向度得到极大提高，其增加至
9.1。碳纳米管复合预制体中碳纳米管质量百分含量为50%，经过两次牵伸处理后的碳纳米管复合预制体的断裂伸长率为4.2%，拉伸强度达到920MPa。
[0061]实施例3
[0062]应用本发明提供的制备方法，通过一次牵伸制备牵伸率45%的高取向碳纳米管/热塑性聚氨酯复合预制体，具体步骤如下:
[0063]第一步，碳纳米管膜的制备；
[0064]在惰性气体的保护作用下，将乙醇、二茂铁和噻吩的混合液以0.15ml/min的速度注入到1300°C的高温管式炉中。惰性气体为氩气与氢气(体积比为1:1)的混合物，其流量为4000sCCm。在管式炉的另一端形成连续的碳纳米管气凝胶，通过缠绕装置收集碳纳米管气凝胶，同时用乙醇与水的混合液喷洒碳纳米管气凝胶得到碳纳米管膜。收集45分钟得到长25cm、宽IOcm和厚15微米的碳纳米管薄膜。
[0065]第二步，碳纳米管复合预制体的制备；
[0066]利用手术刀从上述得到的碳纳米管薄膜上切取长10cm、宽2cm的碳纳米管薄膜的长方形样品。将热塑性聚氨酯在80摄氏度搅拌的条件下溶于二甲基甲酰胺，溶液中聚氨酯的质量分数为1%。将碳纳米管薄膜样品浸入聚氨酯溶液中30分钟，然后取出碳纳米管薄膜放入真空烘箱130摄氏度下在-0.1MPa真空度下保持6h，获得碳纳米管复合预制体。
[0067]第三步，碳纳米管复合预制体的牵伸；
[0068]将Instron3382力学试验机夹持碳纳米管复合预制体在180 °C的高温箱内进行30%的牵伸，夹头两端距离为8cm,牵伸速率为0.3mm/min。
[0069]第四步，碳纳米管复合预制体热压密实；
[0070]加热碳钢平板模具至150°C，将聚四氟乙烯膜铺放于碳纳米管复合预制体上下表面，将碳纳米管复合预制体放置于平板模具中均匀加压，压力1.5MPa，加压lOmin，卸掉压力并将碳纳米管复合预制体从平板模具中取出冷却。
[0071]第五步，碳纳米管复合预制体的二次牵伸；
[0072]将Instr0n3382力学试验机夹持经过一次牵伸并热压处理后的碳纳米管复合预制体在180°C的高温箱内进行15%的牵伸，夹头两端距离为8cm，牵伸速率为0.2mm/min。
[0073]二次牵伸后碳纳米管预制体的取向达到8.5，并且牵伸率达到45%。碳纳米管复合预制体中碳纳米管质量百分含量为55%。经过两次牵伸处理后的碳纳米管复合预制体的断裂伸长率为5.6%，拉伸强度达到850MPa。
[0074]如果上述二次牵伸的牵伸率为5%，可以制备得到牵伸率为35%的高取向碳纳米管复合预制体，取向度可以达到7.0。
[0075]实施例4
[0076]应用本发明提供的制备方法，通过一次牵伸制备牵伸率55%的高取向碳纳米管/环氧复合预制体，具体步骤如下:
[0077]第一步，碳纳米管薄膜的制备；
[0078]在惰性气体的保护作用下，将乙醇、二茂铁和噻吩的混合液以0.15ml/min的速度注入到1300°C的高温管式炉中。惰性气体为氩气与氢气(体积比为1:1)的混合物，其流量为4000sCCm。在高温管式炉的另一端形成连续的碳纳米管气凝胶，通过缠绕装置收集碳纳米管气凝胶，碳纳米管气凝胶单层厚度约0.1 μ m，同时用乙醇与水的混合液喷洒碳纳米管气凝胶得到碳纳米管薄膜。收集I小时得到长25cm、宽20cm和厚20微米的碳纳米管薄膜。第二步，碳纳米管复合预制体的制备；
[0079]利用手术刀从上述得到的碳纳米管薄膜上切取长35mm、宽Imm的长方形样条。将环氧树脂E51与2-乙基-4甲基咪唑以100:7的质量比混合均匀，然后加入到溶剂丙酮中，得到树脂体系的稀释溶液(树脂质量百分比含量为30%)。将碳纳米管薄膜的长方形样条浸入所述的稀释溶液中5分钟，取出碳纳米管薄膜放入真空烘箱室温下在-0.1MPa真空度下保持6h，获得碳纳米管复合预制体。
[0080]第三步，碳纳米管复合预制体的牵伸取向；
[0081]用Instron3344力学试验机夹持碳纳米管复合预制体样条在室温下进行45%的牵伸，夹头两端距离为20mm,牵伸速率为0.2mm/min。采用偏振拉曼光谱表征取向度,平行与垂直于碳管牵伸方向G峰的比值WeI越大取向度越大，牵伸前后IeMleI从1.1增加至8.3。第四步，碳纳米管复合预制体的热压密实；
[0082]加热碳钢平板模具至50°C，将聚四氟乙烯膜铺放于碳纳米管预制体上下表面，将碳纳米管预制体放置于平板模具中均匀加压，压力0.5MPa，加压lOmin，卸掉压力并将碳纳米管膜从平板模具中取出冷却。[0083]第五步，碳纳米管预制体的二次牵伸；
[0084]用Instron3344力学试验机夹持碳纳米管复合预制体样条在室温下进行10%的牵伸，夹头两端距离为20mm，牵伸速率为0.lmm/min。经过牵伸后预制体中碳纳米管的取向度得到极大提高，牵伸率达55%，其I增加至9.8。碳纳米管复合预制体中碳纳米管质量百分含量为65%。如图4所示，经过两次牵伸处理后的碳纳米管复合预制体的断裂伸长率为
3.7%，拉伸强度达到965Mpa。
[0085]通过本发明提供的制备方法，可以将无规取向的碳纳米管薄膜制备成高取向的碳纳米管复合预制体，并且可以实现对碳纳米管复合预制体实现最高55%的牵伸，取向度最高达到9.5，碳纳米管含量为40%?65%(质量百分含量)。在所述制备方法中，一次牵伸的牵伸率可以达到30%?45%，二次牵伸的牵伸率达到5%?15%，一般选择二次牵伸率为10%?15%,牵伸速率为0.1?0.5mm/min。
【权利要求】
1.一种高取向碳纳米管复合预制体的制备方法，其特征在于: 第一步，准备无规取向的碳纳米管薄膜； 第二步，将所述的无规取向的碳纳米管薄膜与树脂进行复合，采用溶液浸溃法或熔融浸溃法制备碳纳米管复合预制体； 第三步，对碳纳米管复合预制体一次牵伸提高碳纳米管取向度，一次牵伸所用夹头间碳纳米管复合预制体的长度与宽度比不低于3，牵伸率为30%~45%，牵伸在温度箱内进行，加热温度应低于树脂凝胶温度20°C以上；牵伸速度为0.1~0.5mm/min。
2.根据权利要求1所述的一种高取向碳纳米管复合预制体的制备方法，其特征在于:所述的碳纳米管薄膜采用气相沉积方法进行制备；该碳纳米管薄膜由几十至几百层厚度不低于0.1 μ m的碳纳米管薄层构成，碳纳米管在薄膜面内二维分布，无规取向，不沿厚度分布。
3.根据权利要求1所述的一种高取向碳纳米管复合预制体的制备方法，其特征在于:所述的溶液浸溃法制备碳纳米管复合预制体，该过程包括以下步骤: (a)将树脂溶于溶剂配成树脂溶液，所述树脂溶液的浓度低于5g/L，树脂溶液的粘度至少低于IPa.s ;所述的树脂为聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氨酯、环氧树脂、双马树脂、氰基树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺中的任意一种；溶剂为乙醇、丙酮、苯、甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或者两种以上的混合； (b)将碳纳米管薄膜浸入所述树脂溶液中保持5~30分钟； (c)加热烘干碳纳米管薄膜获得碳纳米管复合预制体；对于热固性树脂，烘干温度要低于热固性树脂的凝胶温度；对于热塑性树脂，烘干温度要低于热塑性树脂的热分解温度。
4.根据权利要求1所述的一种高取向碳纳米管复合预制体的制备方法，其特征在于:所述的熔融浸溃法制备碳纳米管复合预制体，过程如下: 首先加热树脂体系，保证树脂体系粘度低于0.5Pa.s，或者加热温度应低于树脂凝胶温度20°C以上，保证树脂具有良好的流动性，同时不会凝胶；将碳纳米管薄膜浸入加热的树脂体系中，放置15分钟；取出浸溃树脂的碳纳米管薄膜，制备得到碳纳米管复合预制体。
5.根据权利要求1所述的一种高取向碳纳米管复合预制体的制备方法，其特征在于:所述的一次牵伸后的碳纳米管复合预制体进行热压处理，然后进行二次牵伸。
6.根据权利要求5所述的一种高取向碳纳米管复合预制体的制备方法，其特征在于:所述二次牵伸的牵伸率低于一次牵伸的牵伸率。
7.根据权利要求5或6所述的一种高取向碳纳米管复合预制体的制备方法，其特征在于:所述二次牵伸的牵伸率为5~15%。
8.根据权利要求5所述的一种高取向碳纳米管复合预制体的制备方法，其特征在于:所述热压处理的温度应低于树脂固化温度20°C以上，压力0.5~2MPa。
9.一种高取向碳纳米管复合预制体，其特征在于:由极化拉曼光谱测定的取向度(Ie///It^)为6.2~9.8，碳纳米管质量百分含量40%~65%。
【文档编号】C08K7/00GK103921368SQ201410147758
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】李敏, 顾轶卓, 王绍凯, 刘千立, 张佐光 申请人:北京航空航天大学