[发明专利]一种碳纳米管/聚四氟乙烯纳米复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管/聚四氟乙烯纳米复合膜及其制备方法，该方法包括：(1)将聚四氟乙烯的乳液与碳纳米管的水相分散液混合配制成混合液；(2)将步骤(1)中的混合液中的溶剂挥发；(3)将步骤(2)中挥发溶剂后的混合液辊压叠合、干燥制成半成品复合膜；(4)将步骤(3)中的半成品复合膜进行烧结，然后冷却。本发明提供的纳米复合膜制备方法简单易行，使用水作为分散剂，不产生难处理的有害物质；制备出来的纳米复合膜不仅具有一定的导电导热性，而且具有良好的机械性能，并可通过调节材料中碳纳米管与聚四氟乙烯的比例来调控复合膜的导电、导热及机械性能，在较宽的温度范围内稳定工作，有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体地，本发明涉及一种碳纳米管/聚四氟乙烯纳米复合膜及其制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)，俗称“塑料王”，是一种使用氟取代了聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。聚四氟乙烯材料抗腐蚀能力强，耐高温，表面能和摩擦系数都极低，具有优异的阻燃性能、化学稳定性、耐高温性(使用工作温度达250℃)、耐低温性(即使温度下降到-196℃，也可保持5％的伸长率)，这是其它一般塑料无法比拟的。但聚四氟乙烯是电、热的不良导体，限制了其在导电导热领域的应用。

随着纳米技术的不断发展，利用碳纳米管(CNTs)制备聚合物复合材料逐渐成为近年来的研究热点之一。碳纳米管是由单层或多层六角网状石墨烯卷曲而成的具有螺旋周期管状的一维纳米材料。碳纳米管质量轻，六边形连接完美，兼具金属材料优良的导电导热性、陶瓷材料的耐热耐腐蚀性，在很多方面都有很好的应用前景。单独使用碳纳米管制备的膜材料柔韧性差，这就为其使用带来了很多不便。因此，如何在保证碳纳米管材料优良的导电导热性能的同时使材料具备良好的柔韧性，是目前迫切需要解决的问题。

将聚四氟乙烯与碳纳米管复合，可以将聚四氟乙烯的柔韧性与碳纳米管良好的导电、导热性能结合到一起，并保证材料较宽的使用温度范围，拓广材料的应用领域。但聚四氟乙烯的熔点高(约为327℃)，熔体剪切粘度大；且聚四氟乙烯不溶于水和各种有机溶剂，使得碳纳米管/聚四氟乙烯复合材料的制备不同于一般的高分子复合材料，但是制备碳纳米管/聚四氟乙烯膜材料比较困难。

因此，如何制备出导电导热性能好和机械强度高的碳纳米管/聚四氟乙烯膜还有待于进一步研究。

发明内容

本发明为了克服现有技术纯碳纳米管膜脆以及采用干法制备过程中碳纳米管分散性差和制备的膜导电导热性差、机械强度低的缺陷，提供一种碳纳米管分散性好、导电导热性能好以及机械强度高的湿法制备的碳纳米管/聚四氟乙烯纳米复合膜。

本发明的目的是提供一种碳纳米管/聚四氟乙烯纳米复合膜，其中，该纳米复合膜含有聚四氟乙烯和碳纳米管，所述碳纳米管形成为网状结构，并且所述聚四氟乙烯分散在该网状结构中，其中，所述碳纳米管的含量为0.1-90质量％，优选为3-70质量％，所述聚四氟乙烯的含量为10-99.9质量％，优选为30-97质量％。

本发明还提供了一种碳纳米管/聚四氟乙烯纳米复合膜的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将聚四氟乙烯的乳液与碳纳米管的水相分散液混合配制成混合液；

(2)将步骤(1)中的混合液中的溶剂挥发；

(3)将步骤(2)中挥发溶剂后的混合液辊压叠合、干燥制成半成品复合膜；

(4)将步骤(3)中的半成品复合膜进行烧结，然后冷却。

本发明还提供了由上述制备方法制备的碳纳米管/聚四氟乙烯纳米复合膜。