CN104371129A - 一种碳纳米管复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳纳米管复合材料及其制备方法，涉及材料技术领域，复合材料包括基体材料和碳纳米管涂层材料，其中，基体材料为热塑性聚酯薄膜层；其中，碳纳米管涂层材料，包括碳纳米管35-45wt%、液态环氧树脂或液态硅橡胶45-55wt%和功能助剂5-10wt%；其中，功能助剂包括成膜助剂、固化剂和偶联剂。一种碳纳米管复合材料的制备方法，碳纳米管的分散和涂层模压成型。本发明提供的碳纳米管复合材料，是一种碳纳米管改性的涂层-聚酯复合材料，具有优良的导电性能和化学稳定性能，能够作为新型电子触屏材料或其它导电材料。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种碳纳米管复合材料及该复合材料的制备方法。
背景技术
碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口的结构特点。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2-20 nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
利用碳纳米管制备复合材料，利用碳纳米管优良的性能，成为复合材料技术的一项重要发展途径。
申请号为201010261756.3的专利文献“强碱性碳纳米管复合树脂及其制备方法”公开了一种碳纳米管复合树脂及其制备方法，本发明通过采用（1）75～90%的单体；（2）5～15%的共聚单体；（3）0.1～5%的纳米材料；（4）0.1～10%引发剂；其中单体选自对氯甲基苯乙烯、4-(3-氯丙基)苯乙烯、4-(3-溴丙基)苯乙烯、4-(4-氯丁基)苯乙烯、4-(4-溴丁基)苯乙烯、4-(5-氯戊基)苯乙烯或4-(5-溴戊基)苯乙烯中的至少一种；共聚单体选自双甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯基苯、二乙烯基苯基甲烷、二乙烯基苯中的至少一种；纳米材料选自多壁碳纳米管、单臂碳纳米管、C60或C70等富勒烯中的至少一种；引发剂选自过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、过氧化月桂酰、异丙苯过氧化氢中的至少一种。由此可知，该技术方案是以碳纳米管与树脂复合，以增强树脂的性能，是利用碳纳米管制备复合材料的一种方式。碳纳米管与树脂复合之后，虽然性能有所提高，但树脂的不稳定性，降低了碳纳米管的使用效率，其性能也受到影响。
发明内容
本发明解决的技术问题：针对现有技术的不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种碳纳米管复合材料及其制备方法。
本发明的技术方案：一种碳纳米管复合材料，包括基体材料和碳纳米管涂层材料，
其中，基体材料为热塑性聚酯薄膜层；
其中，碳纳米管涂层材料，包括碳纳米管35-45wt%、液态环氧树脂或液态硅橡胶45-55wt%和功能助剂5-10wt%；
其中，功能助剂包括成膜助剂、固化剂和偶联剂；
其中，成膜助剂的质量为碳纳米管涂层材料总质量的0.5-1.5wt%；
固化剂质量为碳纳米管涂层材料总质量的2.5-5wt%；
偶联剂质量为碳纳米管涂层材料总质量的2-5wt%。
作为优选，所述热塑性聚酯薄膜层为PET或PBT薄膜层。
作为优选，所述成膜助剂为醇酯十二。
作为优选，所述固化剂二乙烯三胺或三乙烯四胺。
作为优选，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
一种碳纳米管复合材料的制备方法，制备步骤如下：
（1）将碳纳米管分散于液态环氧树脂或液态硅橡胶，搅拌均匀；
（2）将功能助剂加入到上述混合液中，搅拌至均匀；
（3）将基体材料放入模压装置的模具内，将步骤（2）得到的混合液涂覆在基体材料表面，开始模压，温度85℃-110℃，压力5-20MPa，时间15-25min；
（4）模压结束之后，冷却，取出，即得到碳纳米管复合材料。
有益效果：本发明提供的碳纳米管复合材料，是一种利用碳纳米管的新型复合材料，以热塑性聚酯薄膜层为基体材料，将碳纳米管和树脂复合形成表面涂层，将涂层通过模压的方式涂覆在热塑性聚酯薄膜层表面，形成一个碳纳米管改性的涂层-聚酯复合材料。其中，将碳纳米管分散在液态树脂中，利用其优良的性能，涂覆在热塑性聚酯薄膜层后，形成的复合材料，具有良好的电学性能和化学性能，可作为触屏材料或者其他导电材料使用，具有突出的优势。
因此，本发明提供的碳纳米管复合材料 ，是一种碳纳米管改性的涂层-聚酯复合材料，具有优良的导电性能和化学稳定性能，能够作为新型电子触屏材料或其它导电材料。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例 1：
一种碳纳米管复合材料，包括基体材料和碳纳米管涂层材料，
其中，基体材料为PBT薄膜层；
其中，碳纳米管涂层材料，包括碳纳米管35wt%、液态环氧树脂或液态硅橡胶55wt%和功能助剂10wt%；
其中，功能助剂包括成膜助剂、固化剂和偶联剂；成膜助剂为醇酯十二，质量含量为1.0wt%；固化剂为二乙烯三胺，质量含量为4.0wt%；偶联剂为硅烷偶联剂，质量含量为5.0wt%。
根据本发明提供的制备方法制备上述复合材料，步骤如下：
（1）将碳纳米管分散于液态环氧树脂或液态硅橡胶，搅拌均匀；
（2）将功能助剂加入到上述混合液中，搅拌至均匀；
（3）将基体材料放入模压装置的模具内，将步骤（2）得到的混合液涂覆在基体材料表面，开始模压，温度105℃，压力10MPa，时间20min；
（4）模压结束之后，冷却，取出，即得到碳纳米管复合材料。
实施例 2：
一种碳纳米管复合材料，包括基体材料和碳纳米管涂层材料，
其中，基体材料为PBT薄膜层；
其中，碳纳米管涂层材料，包括碳纳米管45wt%、液态环氧树脂或液态硅橡胶47wt%和功能助剂8wt%；
其中，功能助剂包括成膜助剂、固化剂和偶联剂；成膜助剂为醇酯十二，质量含量为1.0wt%；固化剂为二乙烯三胺，质量含量为3.0wt%；偶联剂为硅烷偶联剂，质量含量为4.0wt%。
根据本发明提供的制备方法制备上述复合材料，步骤如下：
（1）将碳纳米管分散于液态环氧树脂或液态硅橡胶，搅拌均匀；
（2）将功能助剂加入到上述混合液中，搅拌至均匀；
（3）将基体材料放入模压装置的模具内，将步骤（2）得到的混合液涂覆在基体材料表面，开始模压，温度105℃，压力10MPa，时间20min；
（4）模压结束之后，冷却，取出，即得到碳纳米管复合材料。
实施例 3：
一种碳纳米管复合材料，包括基体材料和碳纳米管涂层材料，
其中，基体材料为PET薄膜层；
其中，碳纳米管涂层材料，包括碳纳米管40wt%、液态环氧树脂或液态硅橡胶51wt%和功能助剂9wt%；
其中，功能助剂包括成膜助剂、固化剂和偶联剂；成膜助剂为醇酯十二，质量含量为1.0wt%；固化剂为三乙烯四胺，质量含量为3.5wt%；偶联剂为硅烷偶联剂，质量含量为4.5wt%。
根据本发明提供的制备方法制备上述复合材料，步骤如下：
（1）将碳纳米管分散于液态环氧树脂或液态硅橡胶，搅拌均匀；
（2）将功能助剂加入到上述混合液中，搅拌至均匀；
（3）将基体材料放入模压装置的模具内，将步骤（2）得到的混合液涂覆在基体材料表面，开始模压，温度105℃，压力10MPa，时间20min；
（4）模压结束之后，冷却，取出，即得到碳纳米管复合材料。
实施例4：
一种碳纳米管复合材料，包括基体材料和碳纳米管涂层材料，
其中，基体材料为PET薄膜层；
其中，碳纳米管涂层材料，包括碳纳米管38wt%、液态环氧树脂或液态硅橡胶55wt%和功能助剂7wt%；
其中，功能助剂包括成膜助剂、固化剂和偶联剂；成膜助剂为醇酯十二，质量含量为0.5wt%；固化剂为三乙烯四胺，质量含量为3.0wt%；偶联剂为硅烷偶联剂，质量含量为3.5wt%。
根据本发明提供的制备方法制备上述复合材料，步骤如下：
（1）将碳纳米管分散于液态环氧树脂或液态硅橡胶，搅拌均匀；
（2）将功能助剂加入到上述混合液中，搅拌至均匀；
（3）将基体材料放入模压装置的模具内，将步骤（2）得到的混合液涂覆在基体材料表面，开始模压，温度105℃，压力10MPa，时间20min；
（4）模压结束之后，冷却，取出，即得到碳纳米管复合材料。
实施例5：
一种碳纳米管复合材料，包括基体材料和碳纳米管涂层材料，
其中，基体材料为PBT薄膜层；
其中，碳纳米管涂层材料，包括碳纳米管42wt%、液态环氧树脂或液态硅橡胶50wt%和功能助剂8wt%；
其中，功能助剂包括成膜助剂、固化剂和偶联剂；成膜助剂为醇酯十二，质量含量为1.0wt%；固化剂为三乙烯四胺，质量含量为2.5wt%；偶联剂为硅烷偶联剂，质量含量为4.5wt%。
根据本发明提供的制备方法制备上述复合材料，步骤如下：
（1）将碳纳米管分散于液态环氧树脂或液态硅橡胶，搅拌均匀；
（2）将功能助剂加入到上述混合液中，搅拌至均匀；
（3）将基体材料放入模压装置的模具内，将步骤（2）得到的混合液涂覆在基体材料表面，开始模压，温度105℃，压力10MPa，时间20min；
（4）模压结束之后，冷却，取出，即得到碳纳米管复合材料。
对上述具体实施方式得到的复合材料进行电导率的测试，结果如下：
表1 碳纳米管复合材料电导率测定
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 电导率/S·m-1 | 1516.2 | 1622.5 | 1612.4 | 1568.7 | 1624.3 |
由上表可知，实施例1-5的导电性能均十分优异。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种碳纳米管复合材料，其特征在于：包括基体材料和碳纳米管涂层材料，
其中，基体材料为热塑性聚酯薄膜层；
其中，碳纳米管涂层材料，包括碳纳米管35-45wt%、液态环氧树脂或液态硅橡胶45-55wt%和功能助剂5-10wt%；
其中，功能助剂包括成膜助剂、固化剂和偶联剂；
其中，成膜助剂的质量为碳纳米管涂层材料总质量的0.5-1.5wt%；
固化剂质量为碳纳米管涂层材料总质量的2.5-5wt%；
偶联剂质量为碳纳米管涂层材料总质量的2-5wt%。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管复合材料，其特征在于：所述热塑性聚酯薄膜层为PET或PBT薄膜层。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管复合材料，其特征在于：所述成膜助剂为醇酯十二。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管复合材料，其特征在于：所述固化剂二乙烯三胺或三乙烯四胺。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂。
6.一种根据权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
（1）将碳纳米管分散于液态环氧树脂或液态硅橡胶，搅拌均匀；
（2）将功能助剂加入到上述混合液中，搅拌至均匀；
（3）将基体材料放入模压装置的模具内，将步骤（2）得到的混合液涂覆在基体材料表面，开始模压，温度85℃-110℃，压力5-20MPa，时间15-25min；
（4）模压结束之后，冷却，取出，即得到碳纳米管复合材料。
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