ES2788052T3

ES2788052T3 - Polímeros potenciados con nanotubos de carbono y métodos para fabricar los mismos

Info

Publication number: ES2788052T3
Application number: ES18177830T
Authority: ES
Inventors: Anna Maria Tomzynska; Richard W Aston; Nicole M Hastings
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: RU2018122095A; AU2018217234A1; AU2018217234B2; RU2018122095A3; JP7268975B2; BR102018015678A2; JP2019039001A; CA3010858A1; EP3447083A1; RU2765289C2; EP3447083B1; US20190062524A1; CN109423005A; CN109423005B

Abstract

Polímero (2) potenciado con nanotubos de carbono que comprende: un polímero (4); y una pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono mezcladas con el polímero (4), incluyendo cada una de las láminas (6) de nanotubos de carbono una red de nanotubos (8) de carbono entrelazados, en el que la longitud de la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1 a 10.000 μm, la razón de longitud con respecto a anchura de la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1:1 a 1000:1, y la razón de longitud con respecto a grosor de la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1:1 a 100:1, en el que el polímero (4) está en forma de un polvo (4A) de polímero, y la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono están mezcladas con el polvo (4A) de polímero.

Description

DESCRIPCIÓN

Polímeros potenciados con nanotubos de carbono y métodos para fabricar los mismos

Campo

Esta solicitud se refiere a compuestos poliméricos que tienen propiedades conductoras y, más particularmente, a polímeros potenciados con nanotubos de carbono adecuados para su uso en vehículos aéreos y espaciales.

Antecedentes

Las cargas estáticas pueden producir una variedad de efectos, incluyendo interferencia con mediciones científicas o componentes electrónicos.

Para aplicaciones que requieren disipación de cargas estáticas, los compuestos poliméricos que tienen propiedades conductoras tienen varias ventajas con respecto a otros materiales, incluyendo que son livianos y capaces de procesarse para dar una forma compleja. Se dispone de múltiples tecnologías para conferir propiedades conductoras a materiales poliméricos.

Para proporcionar una purga disipativa estática deseada para vehículos aéreos y espaciales, puede proporcionarse una resistencia máxima de 1E9 (1 x 109) Ohm a polímeros con una carga en porcentaje en peso de hasta el 30% de fibras de carbono. Esta alta carga en porcentaje en peso de las fibras de carbono reduce el rendimiento mecánico global del material polimérico de base, en particular la tenacidad del material polimérico de base.

Por consiguiente, los expertos en la técnica continúan con la investigación y el desarrollo en el campo de compuestos poliméricos que tienen propiedades conductoras.

El documento DE 102017200448 A1 da a conocer un material compuesto polimérico conductor. El material compuesto comprende un polímero termoplástico y una pluralidad de nanotubos de carbono recubiertos con metal. También se da a conocer un método de impresión tridimensional usando el material compuesto polimérico conductor y un filamento que comprende el material compuesto polimérico conductor.

El documento US 2014/0264187 A1 da a conocer polvos de material compuesto para sinterización láser. Un polvo de material compuesto para sinterización láser puede comprender una matriz polimérica y nanofibras de carbono dispuestas en la matriz polimérica. La matriz polimérica puede comprender poli(éter cetona cetona) y las nanofibras de carbono pueden comprender nanotubos de carbono dispuestos en modo de apilamiento de tazas.

El documento DE 102010 043 470 A1 da a conocer una composición de poliamida que comprende: a) al menos 40 partes en peso de una poliamida cuyas unidades monoméricas contienen un promedio aritmético de al menos 7,5 átomos de carbono, b) de 0,1 a 15 partes en peso de al menos una sal con un catión no metálico, c) de 0,1 a 25 partes en peso de al menos un dispersante basado en ésteres o amidas y d) un carbono eléctricamente conductor seleccionado del grupo de negro de carbono, polvo de grafito, fibras de carbono, nanotubos de carbono y/o grafeno, en una cantidad que da como resultado una resistencia de superficie específica de la composición de polímero según la norma IEC 60167 de 10-1 a 1010, e) de 0 a 5 partes en peso de al menos una sal de metal, y opcionalmente i) materiales auxiliares y aditivos habituales, donde la poliamida del componente a) no es un PA12 si los nanotubos de carbono están presentes como el componente d), y donde la suma de las partes en peso de los componentes a) a i) es de 100. La composición puede usarse para la producción de molduras con conductividad eléctrica mejorada y calidad de superficie mejorada.

El documento US 2013/0203928 A1 da a conocer un procedimiento para producir materiales compuestos de polímeronanotubos de carbono (CNT) que comprenden: (A) proporcionar aglomerados de nanotubos de carbono con un tamaño de aglomerado promedio de >0,02 mm a <6 mm; (B) poner en contacto los aglomerados de nanotubos de carbono con un material de impregnación, realizándose el contacto de tal manera que >50% en peso, basado en el peso de los nanotubos de carbono, de los aglomerados de nanotubos de carbono tras entrar en contacto tienen todavía un tamaño de aglomerado promedio de >0,02 mm; y (C) incorporar los aglomerados de nanotubos de carbono que han estado en contacto con un material de impregnación y se han obtenido en la etapa (B) en un material polimérico termoplástico o en un sistema de resina reactiva.

Sumario

En un aspecto, el polímero potenciado con nanotubos de carbono dado a conocer puede incluir un polímero y una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono mezcladas con el polímero. Las láminas de nanotubos de carbono pueden incluir cada una, una red de nanotubos de carbono entrelazados. La longitud de la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1 a 10.000 |im, la razón de longitud con respecto a anchura de la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1:1 a 1000:1, y la razón de longitud con respecto a grosor de la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1:1 a 100:1. El polímero está en forma de un polvo de polímero, y la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono están mezcladas con el polvo de polímero. En otro aspecto, el método dado a conocer para fabricar un polímero potenciado con nanotubos de carbono incluye: proporcionar una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono, incluyendo cada una de las láminas de nanotubos de carbono una red de nanotubos de carbono entrelazados; y mezclar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono con un polímero. La longitud de la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1 a 10.000 |im, la razón de longitud con respecto a anchura de la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1:1 a 1000:1, y la razón de longitud con respecto a grosor de la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1:1 a 100:1. El polímero está en forma de un polvo de polímero, y la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono están mezcladas con el polvo de polímero. Aún en otro aspecto, el método dado a conocer para fabricar un polímero potenciado con nanotubos de carbono incluye: proporcionar una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono mezcladas con un polímero, incluyendo cada una de las láminas de nanotubos de carbono una red de nanotubos de carbono entrelazados; y conformar la mezcla de láminas de nanotubos de carbono y polímero para dar un artículo que tiene dimensiones finales o casi finales.

Otros aspectos del polímero potenciado con nanotubos de carbono, el método para fabricar un polímero potenciado con nanotubos de carbono y el método para usar un polímero potenciado con nanotubos de carbono dados a conocer resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, los dibujos adjuntos y las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una representación de un primer aspecto de un polímero potenciado con nanotubos de carbono de la presente descripción.

La figura 2 es una vista en sección de un segundo aspecto de un polímero potenciado con nanotubos de carbono de la presente descripción.

La figura 3 es un ejemplo del segundo aspecto de un polímero potenciado con nanotubos de carbono de la figura 2. La figura 4 es otro ejemplo del segundo aspecto de un polímero potenciado con nanotubos de carbono de la figura 2. La figura 5 es una vista en sección de una parte de una lámina de nanotubos de carbono que incluye una red de nanotubos de carbono entrelazados desordenados.

La figura 6 es otro ejemplo del segundo aspecto de un polímero potenciado con nanotubos de carbono de la figura 2. La figura 7 es otro ejemplo del segundo aspecto de un polímero potenciado con nanotubos de carbono de la figura 2. La figura 8 es un diagrama de flujo para un método a modo de ejemplo para fabricar un polímero potenciado con nanotubos de carbono.

La figura 9 es un diagrama de flujo para un método a modo de ejemplo para fabricar un polímero potenciado con nanotubos de carbono.

La figura 10 es un diagrama de flujo para un método a modo de ejemplo para usar un polímero potenciado con nanotubos de carbono.

Descripción detallada

Se da a conocer un polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono que incluye un polímero 4 y una pluralidad de láminas 6 de nanotubos de carbono mezcladas con el polímero 4, incluyendo cada una de las láminas 6 de nanotubos de carbono una red de nanotubos 8 de carbono entrelazados (figura 5). La forma del polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono no está limitada. El polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono puede estar en forma de un precursor para el procesamiento posterior, tal como un precursor para el procesamiento posterior mediante un procedimiento de fabricación aditiva, tal como un procedimiento de fabricación aditiva capa por capa, por ejemplo modelado por deposición fundida o sinterización láser selectiva. Alternativamente, el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono puede estar en forma de un artículo que tiene dimensiones finales o casi finales, tales como un artículo formado mediante un procedimiento de fabricación aditiva, tal como un procedimiento de fabricación aditiva capa por capa, por ejemplo modelado por deposición fundida o sinterización láser selectiva.

La figura 1 ilustra un primer aspecto del polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono, en el que el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono incluye un polímero 4 en forma de un polvo 4A de polímero, y la pluralidad de láminas 6 de nanotubos de carbono están mezcladas con el polvo 4A de polímero. La mezcla de polvo 4A de polímero y láminas 6 de nanotubos de carbono puede procesarse posteriormente, por ejemplo, sinterizando el polímero 4 para integrar la pluralidad de láminas 6 de nanotubos de carbono dentro de una matriz polimérica formada a partir del polvo 4A de polímero. Dicho de otro modo, el polímero 4 actúa como una matriz polimérica solo después del procesamiento posterior (por ejemplo, sinterización), en el que el procesamiento posterior hace que el polímero 4 actúe como un aglutinante que soporta las láminas 6 de nanotubos de carbono. El procesamiento posterior de la mezcla de polvo 4A de polímero y láminas 6 de nanotubos de carbono no está limitado y puede incluir procesamiento posterior mediante un procedimiento de fabricación aditiva, por ejemplo sinterización láser selectiva, para formar un artículo que tiene dimensiones finales o casi finales.

Las figuras 2 a 5 ilustran un segundo aspecto del polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono. Tal como se ilustra en la figura 2, el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono incluye una matriz 4B polimérica formada a partir del polímero 4, y la pluralidad de láminas 6 de nanotubos de carbono están integradas dentro de la matriz 4B polimérica. El polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono puede adoptar cualquier forma, tal como un precursor para procesamiento posterior o un artículo que tiene dimensiones finales o casi finales.

Tal como se ilustra en la figura 3, el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono puede adoptar la forma de una pluralidad de materiales 3 particulados, tales como gránulos, que tienen láminas 6 de nanotubos de carbono integradas dentro de una matriz 4B polimérica del polímero 4. La pluralidad de materiales 3 particulados puede obtenerse, por ejemplo, a partir de procesamiento posterior de la mezcla descrita anteriormente de polvo 4A de polímero (figura 1) y láminas 6 de nanotubos de carbono. La pluralidad de materiales 3 particulados puede procesarse por sí misma posteriormente mediante, por ejemplo, un procedimiento de fabricación aditiva, por ejemplo sinterización láser selectiva, para formar un artículo que tiene dimensiones finales o casi finales.

Tal como se ilustra en la figura 4, el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono puede adoptar la forma de un filamento 5, tal como fibras o hebras, que tiene láminas de nanotubos de carbono (no mostradas) integradas dentro de una matriz polimérica (no mostrada) de la pluralidad de materiales particulados. El filamento 5 puede obtenerse, por ejemplo, a partir del procesamiento posterior de la mezcla descrita anteriormente de polvo de polímero y láminas de nanotubos de carbono. El propio filamento puede procesarse posteriormente, por ejemplo, mediante un procedimiento de fabricación aditiva, por ejemplo modelado por deposición fundida, para formar un artículo que tiene dimensiones finales o casi finales.

Las figuras 6 y 7 ilustran que el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono puede adoptar la forma de un artículo 7 que tiene dimensiones finales o casi finales y que tiene láminas de nanotubos de carbono (no mostradas) integradas dentro de una matriz polimérica (no mostrada) del artículo. Las dimensiones y características del artículo 7 no están limitadas y pueden depender de la aplicación del artículo. En un aspecto, el artículo 7 puede ser un componente de un vehículo aéreo o espacial, tal como un componente de un sistema de revitalización de aire de un vehículo aéreo o espacial. La figura 6 ilustra un artículo 7 a modo de ejemplo que tiene dimensiones finales o casi finales, particularmente un conducto de un sistema de revitalización de aire de un vehículo aéreo o espacial. La figura 7 ilustra un artículo 7 a modo de ejemplo que tiene dimensiones finales o casi finales, particularmente un panel de un sistema de revitalización de aire de un vehículo aéreo o espacial.

Tal como se mencionó anteriormente, las láminas de nanotubos de carbono pueden incluir cada una, una red de nanotubos de carbono entrelazados. Los nanotubos de carbono pueden entrelazarse de cualquier manera, incluyendo un entrelazado ordenado de los nanotubos de carbono o un entrelazado desordenado de los nanotubos de carbono. Una ilustración de una parte de una lámina 6 de nanotubos de carbono que incluye una red de nanotubos 8 de carbono entrelazados desordenados se muestra en la figura 5.

Se han realizado intentos anteriores para dispersar nanotubos de carbono individuales dentro de una matriz polimérica para conferir propiedades conductoras al polímero. Sin embargo, los nanotubos de carbono individuales tienden a aglomerarse, lo que tiende a complicar el procesamiento posterior. Por ejemplo, la aglomeración de nanotubos de carbono individuales tiende a obstruir las boquillas usadas en el modelado por deposición fundida. Más específicamente, el modelado por deposición fundida funciona disponiendo el material en capas a partir de un filamento de polímero para conformar la forma del artículo que tiene dimensiones finales o casi finales. Sin embargo, dado que los nanotubos de carbono individuales tienden a aglomerarse, el procesamiento se complica debido a la obstrucción de una boquilla usada para disponer las capas de un polímero incorporadas con nanotubos de carbono individuales. Además, los nanotubos de carbono individuales pueden transportarse por el aire, lo que genera problemas con el manejo de los nanotubos de carbono. El polímero potenciado con nanotubos de carbono descrito actualmente aborda estas cuestiones al proporcionar láminas de nanotubos de carbono que incluyen, cada una, una red de nanotubos de carbono entrelazados, mezcladas con un polvo de polímero o integradas dentro de una matriz polimérica, facilitando de ese modo el procesamiento y mitigando los problemas de manejo.

En un aspecto, el polímero 4 puede incluir un polímero termoplástico. El tipo de polímero termoplástico no está limitado. El polímero termoplástico puede incluir, por ejemplo, poliéter cetona cetona (PEKK), poli(sulfuro de fenileno) (PPS), poliamida 11, y combinaciones de los mismos. En un ejemplo específico, el polímero termoplástico incluye poliéter cetona cetona (PEKK). En otro ejemplo específico, el polímero termoplástico incluye poli(sulfuro de fenileno) (PPS). Aún en otro ejemplo específico, el polímero termoplástico incluye poliamida 11.

Los nanotubos 8 de carbono en la pluralidad de láminas 6 de nanotubos de carbono pueden seleccionarse de nanotubos de carbono de una sola pared, nanotubos de carbono de pared doble o cualquier otro nanotubo de carbono de múltiples paredes, o mezclas de los mismos.

Las dimensiones de las láminas 6 de nanotubos de carbono no están limitadas y pueden depender de la aplicación del polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono. Si las dimensiones de las láminas 6 de nanotubos de carbono son demasiado pequeñas, entonces pueden plantearse problemas con el manejo de los nanotubos 8 de carbono. Por consiguiente, en un aspecto, las láminas 6 de nanotubos de carbono pueden tener una longitud, que se define en el presente documento como la dimensión mayor de las láminas, de al menos 0,1 |im, preferiblemente al menos 1 |im, más preferiblemente al menos 10 |im. Si las dimensiones de las láminas 6 de nanotubos de carbono son demasiado grandes, entonces puede reducirse el rendimiento mecánico global del polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono. Por consiguiente, en un aspecto, las láminas 6 de nanotubos de carbono pueden tener una longitud, que se define por el presente documento como la dimensión mayor de las láminas 6, de como máximo 10.000 |im, preferiblemente como máximo 1000 |im. En un ejemplo específico, las láminas 6 de nanotubos de carbono tienen una longitud en un intervalo de 50 a 200 |im.

La anchura de las láminas 6 de nanotubos de carbono no está limitada y puede depender de la aplicación del polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono. En un aspecto, la razón de longitud con respecto a anchura de la pluralidad de láminas 6 de nanotubos de carbono puede estar en un intervalo de 1:1 a 1000:1, preferiblemente en un intervalo de 1:1 a 100:1, más preferiblemente en un intervalo de 1:1 a 10:1. En un ejemplo específico, la razón de longitud con respecto a anchura de la pluralidad de láminas 6 de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1:1 a 2:1. El grosor de las láminas 6 de nanotubos de carbono no está limitado y puede depender de la aplicación del polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono. En un aspecto, la razón de longitud con respecto a grosor de la pluralidad de láminas 6 de nanotubos de carbono puede estar preferiblemente en un intervalo de 1:1 a 100:1, más preferiblemente en un intervalo de 1:1 a 10:1. La cantidad de las láminas 6 de nanotubos de carbono no está limitada y puede depender de la aplicación del polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono y de la conductividad deseada que va a conferirse. Por ejemplo, para que se considere que el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono tiene propiedades antiestáticas, el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono puede integrarse con una cantidad de las láminas 6 de nanotubos de carbono suficiente para proporcionar una resistencia de menos de 1E12 (1 x 1012) Ohm, preferiblemente menos de 1E11 (1 x 1011) Ohm, más preferiblemente menos de 1E10 (1 x 1010) Ohm. Por ejemplo, para que se considere que el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono tiene propiedades disipativas estáticas, el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono puede integrarse con una cantidad de las láminas 6 de nanotubos de carbono suficiente para proporcionar una resistencia de menos de 1E9 (1 x 109) Ohm, preferiblemente menos de 1E8 (1 x 108) Ohm, más preferiblemente menos de 1E7 (1 x 107) Ohm. Para proporcionar una purga disipativa estática deseada para vehículos aéreos y espaciales, puede proporcionarse un resistencia máxima de 1E9 (1 x 109) Ohm a los polímeros 2 potenciados con nanotubos de carbono integrando una cantidad suficiente de las láminas 6 de nanotubos de carbono.

La cantidad de láminas 6 de nanotubos de carbono puede definirse por la carga en porcentaje en peso de los nanotubos 8 de carbono. Si la carga en porcentaje en peso de los nanotubos 8 de carbono es demasiado baja, entonces la conductividad que va a conferirse al polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono es limitada. Por consiguiente, en un aspecto, la carga en porcentaje en peso de los nanotubos 8 de carbono en la matriz polimérica es de al menos el 0,0001% en peso, preferiblemente al menos el 0,001% en peso, más preferiblemente al menos el 0,01% en peso. Si la carga en porcentaje en peso de los nanotubos 8 de carbono es demasiado alta, entonces las propiedades mecánicas del polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono pueden reducirse. Por consiguiente, en un aspecto, la carga en porcentaje en peso de los nanotubos 8 de carbono en la matriz 4B polimérica es como máximo del 25% en peso, preferiblemente como máximo del 5% en peso, más preferiblemente como máximo del 1% en peso. En un ejemplo, la carga en porcentaje en peso de los nanotubos 8 de carbono en la matriz 4B polimérica está en un intervalo del 0,05% en peso al 0,5% en peso. En otro ejemplo, las láminas 6 de nanotubos de carbono son láminas cuadradas de 100 |im x 100 |im, y la carga en peso de nanotubos 8 de carbono en la matriz 4B polimérica está en un intervalo del 0,05% en peso al 0,5% en peso de carga.

Las láminas 6 de nanotubos de carbono pueden obtenerse mediante cualquier método adecuado. Por ejemplo, las láminas 6 de nanotubos de carbono pueden obtenerse a partir de una lámina de nanotubos de carbono, incluyendo la lámina de nanotubos de carbono una red de nanotubos 8 de carbono entrelazados, en la que la lámina de nanotubos de carbono se somete a corte o molienda para dar una pluralidad de láminas 6 de nanotubos de carbono.

Un segundo aspecto de la presente descripción se refiere un métodos para fabricar el polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono. El polímero 2 potenciado con nanotubos de carbono no se restringe a los siguientes métodos de fabricación.

Los siguientes métodos de fabricación del polímero potenciado con nanotubos de carbono incluyen métodos para fabricar un polímero potenciado con nanotubos de carbono en forma de un precursor para procesamiento posterior, tal como un precursor para procesamiento posterior mediante un procedimiento de fabricación aditiva y en forma de un artículo de dimensiones finales o casi finales, tal como un artículo formado mediante un procedimiento de fabricación aditiva.

La figura 8 ilustra un primer aspecto de un método de fabricación de un polímero potenciado con nanotubos de carbono. El primer aspecto del método para fabricar un polímero potenciado con nanotubos de carbono incluye, en el bloque 22, proporcionar una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono, incluyendo cada una de las láminas de nanotubos de carbono una red de nanotubos de carbono entrelazados. El método de fabricación de un polímero potenciado con nanotubos de carbono incluye además, en el bloque 24, mezclar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono con un polímero.

La etapa del bloque 22, proporcionar una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono, puede incluir proporcionar una lámina de nanotubos de carbono, incluyendo la lámina de nanotubos de carbono una red de nanotubos de carbono entrelazados, y cortar o moler la lámina de nanotubos de carbono para dar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono. La lámina de nanotubos de carbono puede fabricarse de cualquier manera conocida, tal como mediante deposición química en fase de vapor de nanotubos de carbono para dar la forma de una lámina. La etapa de proporcionar una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono no se limita a proporcionar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono de esta manera.

En un ejemplo, la etapa del bloque 24, mezclar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono con un polímero, puede incluir mezclar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono con un polvo de polímero. Sin embargo, la mezcla de la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono con un polímero no se limita a la misma.

En el caso de mezclar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono con un polímero, los presentes métodos mitigan los problemas de manejo asociados con los intentos anteriores de incorporar nanotubos de carbono individuales en polímeros. Específicamente, los intentos anteriores han planteado problemas de manejo debido al pequeño tamaño de los nanotubos de carbono individuales y a la posibilidad de que los nanotubos de carbono individuales se transporten por el aire. Los métodos descritos actualmente para fabricar polímero potenciado con nanotubos de carbono aborda estas cuestiones al proporcionar láminas de nanotubos de carbono que incluyen, cada una, una red de nanotubos de carbono entrelazados, mitigando de ese modo los problemas de manejo asociados con nanotubos de carbono individuales.

En otro ejemplo, la etapa del bloque 24, mezclar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono con un polímero, puede incluir integrar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono dentro de una matriz polimérica formada a partir del polímero.

En el caso de incluir la integración de la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono dentro de una matriz polimérica, la etapa de integrar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono dentro de la matriz polimérica puede incluir mezclar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono con un polvo de polímero, y sinterizar el polvo de polímero para integrar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono dentro de una matriz polimérica formada a partir del polvo de polímero.

Para el fin de la presente solicitud, la sinterización puede incluir calentar hasta por encima o por debajo de la temperatura de fusión del polvo de polímero, siempre que el polvo de polímero se caliente suficientemente para consolidar entre sí las partículas de polvo de polímero y las láminas de nanotubos de carbono. En un ejemplo, la mezcla de láminas de nanotubos de carbono y polvo de polímero puede sinterizarse con láser. En otro ejemplo, la mezcla de láminas de nanotubos de carbono y polvo de polímero puede proporcionarse de una manera capa por capa a un lecho de polvo y sinterizarse por láser selectivamente para construir una forma deseada de un artículo.

La figura 9 ilustra un segundo aspecto de un método de fabricación de un polímero potenciado con nanotubos de carbono. El segundo aspecto del método para fabricar un polímero potenciado con nanotubos de carbono incluye, en el bloque 32, proporcionar una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono mezcladas con un polímero, incluyendo cada una de las láminas de nanotubos de carbono una red de nanotubos de carbono entrelazados. El método de fabricación de un polímero potenciado con nanotubos de carbono incluye además, en el bloque 34, formar la mezcla de láminas de nanotubos de carbono y polímero para dar un artículo que tiene dimensiones finales o casi finales.

En la etapa del bloque 32, proporcionar una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono mezcladas con un polímero, el polímero puede proporcionarse como un polvo de polímero mezclado con la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono. Sin embargo, la etapa de proporcionar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono mezcladas con el polímero no se limita al polímero que se proporciona como un polvo de polímero.

En el caso de que el polímero se proporcione como un polvo de polímero, el artículo puede formarse mediante un procedimiento que incluye un procedimiento de fabricación aditiva, tal como sinterización láser selectiva, que construye un artículo a partir de polvo. Sin embargo, incluso cuando el polímero se proporciona como un polvo de polímero, el artículo puede formarse mediante un procedimiento de fabricación no aditiva o un procedimiento de fabricación aditiva distinto de la sinterización láser selectiva.

En la etapa del bloque 32, proporcionar una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono mezcladas con un polímero, el polímero puede proporcionarse como una matriz polimérica que tiene la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono integradas en ella. Sin embargo, la etapa de proporcionar la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono mezcladas con el polímero no se limita al polímero que se proporciona como una matriz polimérica que tiene la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono integradas en ella.

En el caso de que el polímero se proporcione como una matriz polimérica que tiene la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono integradas en ella, el artículo puede formarse mediante un procedimiento que incluye un procedimiento de fabricación aditiva, tal como sinterización láser selectiva o modelado por deposición fundida. Sin embargo, incluso cuando el polímero se proporciona como una matriz polimérica que tiene la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono integradas en ella, el artículo puede formarse mediante un procedimiento de fabricación no aditiva o un procedimiento de fabricación aditiva distinto de la sinterización láser selectiva o modelado por deposición fundida.

En el caso de que el artículo se forme mediante sinterización láser selectiva, la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono mezcladas con una matriz polimérica pueden proporcionarse en forma de una pluralidad de materiales particulados, tales como gránulos, que tienen la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono integradas en ellos, y el artículo puede construirse a partir de la pluralidad de materiales particulados de una manera capa por capa.

En el caso de que el artículo se forme mediante modelado por deposición fundida, la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono mezcladas con una matriz polimérica pueden proporcionarse en forma de un filamento, tal como una hebra o fibra, y el artículo puede construirse a partir del filamento de una manera capa por capa. En el caso de modelado por deposición fundida, los intentos previos de incorporar nanotubos de carbono individuales dan como resultado problemas de procesamiento. En particular, dado que los nanotubos de carbono individuales tienden a aglomerarse, el procesamiento se vuelve complicado debido a la obstrucción de una boquilla usada para disponer las capas de un polímero incorporadas con nanotubos de carbono individuales. El polímero potenciado con nanotubos de carbono descrito actualmente aborda estas cuestiones al proporcionar láminas de nanotubos de carbono que incluyen, cada una, una red de nanotubos de carbono entrelazados, mezcladas con un polvo de polímero o integradas dentro de una matriz polimérica, facilitando de ese modo el procesamiento al evitar la aglomeración de nanotubos de carbono individuales. El polímero potenciado con nanotubos de carbono descrito actualmente aborda estas cuestiones al proporcionar láminas de nanotubos de carbono que incluyen, cada una, una red de nanotubos de carbono entrelazados, mezcladas con un polvo de polímero o integradas dentro de una matriz polimérica, facilitando de ese modo el procesamiento y mitigando los problemas de manejo.

En otro ejemplo, la etapa del bloque 34, formar la mezcla de láminas de nanotubos de carbono y polímero para dar un artículo que tiene dimensiones finales o casi finales, puede incluir una o más de diversas tecnologías de moldeo de plástico, tales como moldeo por inyección, moldeo por compresión y moldeo por extrusión.

Tal como se muestra en la figura 10, la presente descripción se refiere además a un método 40 para usar un polímero potenciado con nanotubos de carbono formado para dar un componente de un vehículo aéreo o espacial. El método incluye, en el bloque 42, colocar un componente del componente polimérico potenciado con nanotubos de carbono en un vehículo, incluyendo el componente polimérico potenciado con nanotubos de carbono una matriz polimérica y una pluralidad de láminas de nanotubos de carbono integradas dentro de la matriz polimérica, incluyendo cada una de las láminas de nanotubos de carbono una red de nanotubos de carbono entrelazados, tal como se describió anteriormente. El método incluye además, en el bloque 34, moler eléctricamente el componente en el vehículo. El componente puede tener, por ejemplo, una resistencia máxima de 1E9 (1 x 109) Ohm para proporcionar una purga disipativa estática deseada para vehículos aéreos y espaciales.

En un ensayo experimental, se mezcló polvo de poliéter cetona cetona (PEKK) con láminas de nanotubos de carbono y se fundió para dar un disco usando métodos convencionales. El ensayo indicó una resistencia superficial de 10E4 Ohm para el polímero de PEKK potenciado con nanotubos de carbono con una carga en peso de nanotubos de carbono (CNT) del 0,5%, que es un factor de 10.000 veces más conductor que los polímeros de PEKK convencionales potenciados con fibras de carbono con una carga en peso de fibras de carbono del 15% que tienen una resistividad superficial como promedio de 10E8 Ohm. La carga en peso de nanotubos de carbono del 0,5% es un 1/30 menos de la carga en peso de fibras de carbono convencional del 15% en una matriz polimérica. Se espera que esta carga reducida permita propiedades mecánicas globales mejoradas, particularmente tenacidad.

Los polímeros potenciados con nanotubos de carbono y los métodos dados a conocer se describen en el contexto de una aeronave y un vehículo espacial. Sin embargo, un experto habitual en la técnica reconocerá fácilmente que los polímeros potenciados con nanotubos de carbono y los métodos dados a conocer pueden utilizarse para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, los polímeros potenciados con nanotubos de carbono y los métodos dados a conocer pueden implementarse en diversos tipos de vehículos incluyendo, por ejemplo, buques de pasajeros, automóviles, productos marinos (barcos, motoras, etc.) y similares. También se contemplan diversas aplicaciones distintas de vehículos.

Aunque se han mostrado y descrito diversos aspectos de los polímeros potenciados con nanotubos de carbono, los artículos de fabricación y los métodos dados a conocer, a los expertos en la técnica pueden ocurrírseles modificaciones tras la lectura de la memoria descriptiva. La presente solicitud incluye tales modificaciones y está limitada solo por el alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Polímero (2) potenciado con nanotubos de carbono que comprende:

un polímero (4); y

una pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono mezcladas con el polímero (4), incluyendo cada una de las láminas (6) de nanotubos de carbono una red de nanotubos (8) de carbono entrelazados,

en el que la longitud de la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1 a 10.000 |im, la razón de longitud con respecto a anchura de la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1:1 a 1000:1, y la razón de longitud con respecto a grosor de la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono está en un intervalo de 1:1 a 100:1,

en el que el polímero (4) está en forma de un polvo (4A) de polímero, y la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono están mezcladas con el polvo (4A) de polímero.

2. Polímero (2) potenciado con nanotubos de carbono según la reivindicación 1, en el que el polímero (4) se selecciona del grupo que consiste en: poliéter cetona cetona (PEKK), poli(sulfuro de fenileno) (PPS), poliamida 11, y combinaciones de los mismos.

3. Polímero (2) potenciado con nanotubos de carbono según la reivindicación 1 o 2, en el que el polímero (2) potenciado con nanotubos de carbono está integrado con una cantidad de las láminas (6) de nanotubos de carbono suficiente para proporcionar una resistencia del polímero (2) potenciado con nanotubos de carbono de menos de 1E12 (1 x 1012) Ohm.

4. Polímero (2) potenciado con nanotubos de carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la carga en porcentaje en peso de los nanotubos (8) de carbono en el polímero (4) está en un intervalo del 0,0001% en peso al 25% en peso.

5. Polímero (2) potenciado con nanotubos de carbono según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el polímero (4) está en forma de una matriz (4B) polimérica, y la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono están integradas dentro de la matriz (4B) polimérica.

6. Método para fabricar un polímero (2) potenciado con nanotubos de carbono, comprendiendo el método: proporcionar (22) una pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono, incluyendo cada una de las láminas (6) de nanotubos de carbono una red de nanotubos (8) de carbono entrelazados; y

mezclar (24) la pluralidad de láminas de nanotubos de carbono con un polímero (4),

en el que mezclar la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono con un polímero (4) incluye mezclar la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono con un polvo (4A) de polímero.

7. Método según la reivindicación 6 en el que, proporcionar una pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono incluye:

proporcionar una lámina de nanotubos de carbono, incluyendo la lámina de nanotubos de carbono una red de nanotubos (8) de carbono entrelazados; y

cortar o moler la lámina de nanotubos de carbono para dar la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono.

8. Método según la reivindicación 6 o 7, en el que mezclar la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono con un polímero (4) incluye integrar la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono dentro de una matriz (4B) polimérica.9 9. Método según la reivindicación 8, en el que integrar la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono dentro de la matriz (4B) polimérica incluye:

mezclar la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono con un polvo (4A) de polímero; y

sinterizar el polvo (4A) de polímero para integrar la pluralidad de láminas (6) de nanotubos de carbono dentro de una matriz (4B) polimérica formada a partir del polvo (4A) de polímero.