[发明专利]一种取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物材料制备领域，具体涉及一种取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法。

背景技术

聚酯，由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称。主要指聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯和聚芳酯等线型热塑性树脂。这类树脂可用于加工成纤维、薄膜、塑料制品，在纺织、光学、电子、汽车、航空、医疗等领域具有广泛的应用。随着产品应用领域的多级化，要求聚酯产品具有高的耐热性、高的力学性能，传统的聚酯产品已经不能满足产品使用性能发展趋势。

近几年来，有关取向碳纳米管/聚合物材料得到了密切的关注，取向碳纳米管/聚合物材料与无序碳纳米管/聚合物材料相比，由于碳纳米管的取向控制，碳纳米管阵列均匀有序，缠绕较少，与无序的碳纳米管/聚合物材料相比，其表现出更好的强度、弹性、抗疲劳性及力、热、电各向异性而备受青睐。取向碳纳米管/聚合物材料的制备过程对取向碳纳米管在聚合物中的排列影响很大，从而进一步决定了取向碳纳米管/聚合物材料的最终性能。

目前，有关取向碳纳米管/热塑性聚合物的制备方法已有相关报道，主要为利用力场/流场中定向排列可以实现碳纳米管的重新定向排列，其工艺简单、易于实现大批量合成，但仅限于局部微观取向好，宏观取向性较差；利用原位生长合成法，结合碳纳米管制备工艺，在聚合物基体表面原位生长出碳纳米管，可获得定向排列的碳纳米管/聚合物材料，但是该工艺必须同时兼顾碳纳米管制备以及复合材料成型，工艺条件苛刻，难以大规模生产制品。

因此，如何简单有效实现碳纳米管在聚合物中的取向排列，实现规模生产取向碳纳米管/聚合物对于提高聚合物性能及其应用具有意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法，该方法简单有效，适合工业化生产；由此制备的取向碳纳米管/聚酯材料改善了传统聚酯产品的性能及扩展了聚酯的应用领域。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法，包括以下步骤：

(1) 将聚酯与取向碳纳米管束充分混合后得到纺丝组合物；纺丝组合物干燥后经熔融纺丝、热拉伸得到取向碳纳米管/聚酯纤维丝；所述取向碳纳米管束与聚酯的质量比为(0.1～2.5)∶100；所述聚酯为未改性聚酯或者添加剂改性的聚酯；

(2) 将上述取向碳纳米管/聚酯纤维丝置入模具中，经热压成型，得到取向碳纳米管/聚酯材料；所述取向碳纳米管/聚酯纤维丝之间互相平行。

上述技术方案中，纺丝组合物中聚酯可以用添加剂改性；添加剂为聚酯纤维常用添加剂，可以进一步改善纺丝组合物的可纺性及其它性能，如二甘醇、1,3-丙二醇、二氧化硅、二氧化钛、氯化钠、氯化钙中的一种或几种。

上述技术方案中，步骤(1)中，原料的混合方式无特殊要求，只要能够将各原料混合均匀即可；比如可以将聚酯粉碎后与取向碳纳米管束机械混合得到纺丝组合物，也可以将各原料在聚酯熔融状态下混合后，挤出造粒得到纺丝组合物。

上述技术方案中，步骤(1)中，所述纺丝组合物中的取向碳纳米管束为取向多壁碳纳米管束，长度为30～100μm。

上述技术方案中，步骤(1)中，所述纺丝组合物在纺丝前经过真空条件下，120～130℃干燥处理。

上述技术方案中，步骤(1)中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯和聚芳酯中的一种或者几种。

上述技术方案中，步骤(2)中，热压成型时的真空度为0.1MPa；压力为5～15MPa；时间为5～10min。当聚酯为聚对苯二甲酸乙二酯时，步骤(2)中，热压成型时的温度为250～260℃；当聚酯为聚对苯二甲酸丁二酯时，步骤(2)中，热压成型时的温度为200～220℃；当聚酯为聚芳酯时，步骤(2)中，热压成型时的温度为285～295℃。此条件下，取向碳纳米管不会在聚酯中发生流动，得到的取向碳纳米管/聚酯材料中取向碳纳米管宏观高度取向。

上述技术方案中，熔融纺丝是制备聚酯纤维的主要方法之一，主要包括聚合物熔融、熔液过滤、喷丝板成型（纺丝）、后加工（拉伸）等步骤。纺丝时的相关参数，比如纺丝温度、拉伸温度，可以根据聚酯的种类选择。