一种碳纳米管薄膜复合材料的制备方法_3

文档序号:9227701阅读:来源:国知局
,良好的浸润性是非常重要的。经过刻蚀处理的碳纳米管薄膜(图3c和3d),显然高分子基体可以很好地浸润到碳纳米管结构内,提高复合材料界面性能,减少界面存在的缺陷。
[0035]在此值得一提的是,本发明中的碳纳米管薄膜复合材料的制备方法具有以下优点:一、由于采用三维碳纳米管网络结构作为骨架,从而使得制备的碳纳米管薄膜复合材料具有良好的导电性和导热性,充分发挥了碳纳米管的导电、导热性能。二、由于碳纳米管复合材料中的碳纳米管相互连接形成碳纳米管三维结构,使得碳纳米管复合材料的机械强度较大,韧性较好。三、无需对碳纳米管表面进行处理,因此不会对碳纳米管造成破坏。四、针对现有碳纳米管薄膜复合材料浸润所存在的问题,本发明对碳纳米管薄膜先进行刻蚀处理,再与基体复合,提高复合材料界面性能,减少界面存在的缺陷,解决了基体在碳纳米管薄膜结构中的浸润问题,基体能够在碳纳米管薄膜中有规律的排列,从而制备不同基体的碳纳米管薄膜复合材料。五、该制备方法简单、适用性广、成本低廉,并且能够解决碳纳米管薄膜复合材料浸润所面临的关键问题,提高复合材料的界面结合力,从而提升复合材料的层间剪切强度等力学性能,并且形成碳纳米管结构骨架,从而使得所述的碳纳米管复合材料具有良好的导电性、导热性和透光性。所得到的碳纳米管薄膜复合材料表现出优异的综合性能,这具有十分重要的应用价值和学术意义。
[0036]为了更好的阐述本发明,以下提供一些具体实施例。
[0037]实施例1
在本实施例中,复合材料基体为环氧树脂高分子基体,该环氧树脂溶液采用丙酮作为溶剂,环氧树脂浓度为10%。
[0038]在本实施例中,采用浮动催化法制备得到的三维网络状结构碳纳米管薄膜,其厚度为15 μπι (已经用乙醇溶液致密化过)。首先采用激光刻蚀处理所述碳纳米管薄膜,将碳纳米管薄膜完全摊置在载物台的上表面,将薄膜四周固定,使得碳纳米管薄膜处于一个平面上,调节激光发射点与所述载物台的相对位置以使得激光的焦点形成于所述碳纳米管薄膜的上表面;当调节激光的电流强度为3Α时,碳纳米管薄膜的减薄空洞直径为50 μ m左右,在载物台不动的情况下利用控制软件调控碳纳米管薄膜表面的激光焦点位置,具体地,焦点之间的距离为200 μπι,并且是每一列平行排列,列与列之间的距离同样为200 μπι,每一列设置400个焦点位置,开始激光刻蚀,得到SOmmX 80mm的部分区域穿透的碳纳米管薄膜。
[0039]利用喷枪将环氧树脂溶液直接喷涂在经过激光刻蚀的碳纳米管薄膜表面,使得环氧树脂溶液浸润到整个碳纳米管薄膜结构中,喷涂时间控制为30s,将喷涂好环氧树脂溶液的碳纳米管薄膜放置在聚四氟乙烯薄膜上,去除有机溶剂,制得碳纳米管薄膜复合材料预制体。
[0040]最后,采用热压处理使碳纳米管薄膜结构与环氧树脂溶液复合。将得到的纳米管薄膜复合材料预制体放置在一模具中,该模具在放置碳纳米管薄膜复合材料预制体之前已经均匀涂抹了脱模剂,以便获得碳纳米管薄膜复合材料后可以顺利脱模,而且,该模具侧壁设有流胶槽,以便多余的液态高分子流出。优选地,所用脱模剂为有机硅型脱模剂。将该模具放入加热装置中,对模具中的碳纳米管薄膜复合材料预制体加压至2Mpa后,将加热装置升温至50°C,并维持保温5小时。最后,使环氧树脂基体固化成型,得到碳纳米管薄膜复合材料。
[0041]实施例2
在本实施例中,复合材料基体为酚醛树脂高分子基体,该酚醛树脂溶液采用丙酮作为溶剂,酚醛树脂浓度为10%。
[0042]在本实施例中,采用浮动催化法制备得到的三维网络状结构碳纳米管薄膜,其厚度为15 μπι(已经用丙酮溶液致密化过)。首先采用激光刻蚀处理所述碳纳米管薄膜,将碳纳米管薄膜完全摊置在载物台的上表面,将薄膜四周固定,使得碳纳米管薄膜处于一个平面上,调节激光发射点与所述载物台的相对位置以使得激光的焦点形成于所述碳纳米管薄膜的上表面;当调节激光的电流强度为12Α时,碳纳米管薄膜的穿透孔洞的直径为IlOym左右,在载物台不动的情况下利用控制软件调控碳纳米管薄膜表面的激光焦点位置,具体地,(焦点之间的距离为200 μπι,并且是每一列平行排列,列与列之间的距离同样为200 μπι,每一列设置400个焦点位置,开始激光刻蚀。得到SOmmX 80mm的部分区域穿透的碳纳米管薄膜。
[0043]将刻蚀处理过的碳纳米管薄膜完全浸泡在酚醛树脂高分子溶液中,同时超声2小时,将碳纳米管薄膜取出,放置在聚四氟乙烯薄膜上,将有机溶剂去除,制得碳纳米管薄膜复合材料预制体。
[0044]最后,采用热压处理使碳纳米管薄膜结构与酚醛树脂高分子基体复合。将得到的碳纳米管薄膜复合材料预制体放置在一模具中(总共放置了 10层碳纳米管薄膜复合材料预制体,得到有一定厚度的纳米管薄膜复合材料预制体),该模具在放置碳纳米管薄膜复合材料预制体之前已经均匀涂抹了脱模剂,以便获得碳纳米管薄膜复合材料后可以顺利脱模,而且,该模具侧壁设有流胶槽,以便多余的液态高分子流出。所用脱模剂为有机硅型脱模剂。将该模具放入加热装置中,对模具中的碳纳米管薄膜复合材料预制体加压至lOMpa,然后,将加热装置升温至180°C,并维持保温6小时。最后,使酚醛树脂基体固化成型,得到碳纳米管薄膜复合材料。
[0045]实施例3
在本实施例中,复合材料基体为聚酰亚胺树脂高分子基体,该聚酰亚胺树脂溶液采用丙酮作为溶剂,聚酰亚胺树脂浓度为10%。
[0046]在本实施例中,采用可纺丝阵列拉膜法制备得到的碳纳米管薄膜(已经用二氯乙烷溶液致密化过),该碳纳米管薄膜置于硅片上,其厚度为15 μπι。首先采用激光刻蚀处理所述碳纳米管薄膜,将硅片放置在载物台的上表面,调节激光发射点与所述载物台的相对位置以使得激光的焦点形成于所述碳纳米管薄膜的上表面;当调节激光的电流强度为16Α时,碳纳米管薄膜的穿透孔洞的直径为150 μπι左右,在载物台不动的情况下利用控制软件调控碳纳米管薄膜表面的激光焦点位置,具体地,焦点之间的距离为200 μπι,并且是每一列平行排列,列与列之间的距离同样为200 μπι,每一列设置400个焦点位置)开始激光刻蚀。得到80mmX80mm的部分区域穿透的碳纳米管薄膜。
[0047]将刻蚀处理过的碳纳米管薄膜完全浸泡在聚酰亚胺树脂溶液中,同时超声2小时,将碳纳米管薄膜取出,放置在聚四氟乙烯薄膜上,将有机溶剂去除,制得碳纳米管薄膜复合材料预制体。
[0048]最后,采用热压处理使碳纳米管薄膜结构与基体复合。将得到的纳米管薄膜复合材料预制体放置在一模具中(总共放置了 100层碳纳米管薄膜复合材料预制体,得到有一定厚度的纳米管薄膜复合材料预制体),该模具在放置碳纳米管薄膜复合材料预制体之前已经均匀涂抹了脱模剂,以便获得
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