[发明专利]一种高性能碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管材料领域，尤其涉及一种高性能碳纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管由于具有优异的光、电、磁、热、机械和化学性能，在功能材料、结构材料与纳米器件等方面具有许多特殊的应用，同时又由于纳米级的直径和极大的纵横比，使它成为了高强度高分子复合材料的理想增强剂。

但由于碳纳米管自身的性质和范德华相互作用的影响，使得碳纳米管易缠结团聚；并且所述碳纳米管在基体中的难分散性、无序排列以及弱的相容性与界面粘接性能，削弱和降低了碳纳米管赋予聚合物的功能性与结构增强作用。

为了充分发挥碳纳米管的优异性能，必须解决两个问题：第一，提高碳纳米管在高分子基质中的分散程度；第二，改善碳纳米管与高分子基质间的界面粘接强度。因此，通过一定的中间物质来修饰碳纳米管后再运用于聚合物的研究引起了广泛关注。

目前，碳纳米管表面进行功能化修饰主要有两种途径：1、通过共价键，使碳纳米管表面连接官能团，从而提高分散程度；2、通过非共价键，即不破坏碳纳米管的结构，通过共轭结构对碳纳米管表面进行修饰。

然而这两种修饰作用各有其优缺点，相对于非共价键修饰，共价键修饰连接的中间物质与碳纳米管键能更大，能更有效地增强聚合物力学性能，然而由于碳纳米管氧化过程对其本身结构的破坏，会降低它对聚合物导热性能的提升作用，而非共价键修饰虽然不能够明显增强聚合物的力学性能，却能保持碳纳米管结构不变并发挥其本身的优异导热性能；因此，现有技术亟需一种能够同时增强碳纳米管的导热性能和力学性能的工艺方法。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高性能碳纳米管复合材料及其制备方法，旨在解决现有碳纳米管的导热和力学性能不能同时得到提升的问题。

本发明的技术方案如下：

一种高性能碳纳米管复合材料的制备方法，其中，包括步骤：

A、将碳纳米管与浓硝酸混合，在50-100℃的条件下搅拌2-4h，得到氧化碳纳米管；

B、将所述氧化碳纳米管加入溶有液晶分子的无水乙醇中，依次经过研磨、超声处理，最后在50-100℃的条件下回流搅拌10-15h，得到液晶分子-碳纳米管；

C、将所述液晶分子-碳纳米管填充至基体材料中，得到液晶分子-碳纳米管/基体复合材料。

所述的高性能碳纳米管复合材料的制备方法，其中，所述步骤B中的超声处理时间为0.5-2h。

所述的高性能碳纳米管复合材料的制备方法，其中，所述步骤B还包括：在回流搅拌后，将得到的溶液倒出并蒸发去除乙醇，之后在60-120℃的条件下真空干燥12-36h，最后得到干燥的液晶分子-碳纳米管。

所述的高性能碳纳米管复合材料的制备方法，其中，所述步骤C具体包括：

C1、将所述液晶分子-碳纳米管加入基体材料中，搅拌均匀后进行超声处理；

C2、加入铂金催化剂和抑制剂，搅拌均匀后静置，静置后注入模具，最后依次经过真空干燥、固化、冷却处理后，得到液晶分子-碳纳米管/基体复合材料。

所述的高性能碳纳米管复合材料的制备方法，其中，所述步骤C2中的抑制剂为1-乙炔基环己醇。

所述的高性能碳纳米管复合材料的制备方法，其中，所述步骤C2具体为：将注入溶液的模具放置在真空干燥箱中，在50-100℃的条件下抽真空干燥1-3h，之后常压固化1-3h，最后冷却得到成型的液晶分子-碳纳米管/基体复合材料。

所述的高性能碳纳米管复合材料的制备方法，其中，所述模具为长条状模具、圆形模具或点状模具。

所述的高性能碳纳米管复合材料的制备方法，其中，所述液晶分子为4-羟基-4’-烯丙氧基联苯、4-氰基-4’-戊基联苯、4-氰基-4’-辛氧基联苯或聚酯酰亚胺中的一种。

所述的高性能碳纳米管复合材料的制备方法，其中，所述基体材料为聚硅氧烷、环氧树脂或聚氨酯中的一种。

一种高性能碳纳米管复合材料，其中，采用如上任一所述的高性能碳纳米管复合材料的制备方法制备而成。

有益效果：本发明提供了一种高性能碳纳米管复合材料及其制备方法，首先采用液晶分子对碳纳米管同时进行共价键和非共价键的功能化修饰，然后将修饰后的液晶分子-碳纳米管填充至基体材料中，制得高性能的液晶分子-碳纳米管/基体复合材料；在本发明中，液晶分子能够发挥桥梁作用，保证了碳纳米管在基体材料中的分散性和相容性大幅提高，同时经过液晶分子修饰后的碳纳米管能够显著提升基体材料的导热性能以及力学性能。