[发明专利]碳纳米纸增强导电聚合物基复合材料制备方法

摘要

碳纳米纸增强导电聚合物基复合材料制备方法，是针对现有碳纳米管复合材料的整体力学性能及电导性无法完全达到工程应用要求的技术问题而设计的。利用阴离子表面活性剂在超声波作用下将多壁或单壁碳纳米管与氧化石墨烯分散在等离子水溶液中，高速离心后取碳纳米管和氧化石墨烯溶液的上层清液，利用真空吸滤法制备厚度在10-100μm之间、柔韧可弯曲的碳纳米纸，用其作为增强材料；并利用RTM成型或真空袋法制备碳纳米纸增强导电聚合物基复合材料，通过提高复合材料中碳纳米管的含量及碳纳米管网络的分散均匀性，来提高复合材料的电导率，可使纳米复合材料的电导率得到几个数量级的提升，其导电率可达1-200S/m。从而使聚合物基复合材料从绝缘体进入半导体导电材料领域。

主权项

碳纳米纸增强导电聚合物基复合材料制备方法，利用阴离子表面活性剂，在超声波作用下将碳纳米管与氧化石墨烯分散在等离子水溶液中，高速离心后取碳纳米管与氧化石墨烯溶液的上层清液，利用真空吸滤法制备碳纳米纸，碳纳米纸的厚度在10‑100μm之间，再利用RTM成型或真空袋法制备碳纳米纸增强导电聚合物基复合材料；其具体实现步骤如下：(1)取碳纳米管与阴离子表面分散剂，按质量比1∶1‑1∶20比例混合；(2)碳纳米管和阴离子表面分散剂混合物放入研钵内研磨1‑60min，倒入烧杯，加入等离子水至碳纳米管浓度为0.01‑1.0wt％，表面分散剂浓度为0.01‑2wt％；(3)将混合液倒入磁力搅拌器内，温度控制在20‑60℃，分散15‑60min；(4)消泡10‑100min；(5)取氧化石墨烯，按碳纳米管∶石墨烯的质量比为10∶1‑10∶3加入到等离子水中，配制成浓度0.1‑1mg/ml的溶液，超声分散30‑60min；(6)将碳纳米管与氧化石墨烯溶液混合，利用超声波细胞破碎仪在100‑800w条件下，超声分散10‑100min，分散温度控制在10‑60℃范围内；(7)碳纳米管与氧化石墨烯分散液分装入试管内，放入离心机内，转速1000‑10000rpm条件下，离心处理10‑80min，选取试管内碳纳米管与氧化石墨烯溶液上层清液；(8)选用真空吸滤装置制备碳纳米纸，渗透膜薄膜孔径选用0.22um或0.45μm，将碳纳米管与石墨烯分散液的上清液进行真空抽滤，将真空泵压力控制在40‑500Kpa范围内，即采用真空抽滤的方式制备碳纳米纸；(9)待抽滤完成后，用1‑5倍体积的等离子水清洗碳纳米纸，直到没有泡沫产生为止；(10)将滤膜与制备的碳纳米纸一同取下，放在两个不锈钢板间，压实，放入烘箱内，在60‑150℃条件下固化2‑10小时，固化完成后剥离得到碳纳米纸结构，其厚度在10‑100μm之间，碳纳米纸的电导率达10‑2000S/m；(11)按模具尺寸裁剪碳纳米纸，放入树脂的丙酮稀释液内，预浸润24‑48小时，放入烘箱内40度下干燥2‑4小时；(12)将多层预浸润碳纳米纸铺放于铝合金模具内，聚合物基复合材料中碳纳米纸的重量为10‑40％，闭合模具，利用树脂传递模塑法、真空袋法制备出碳纳米纸增强导电聚合物基复合材料。