專利名稱：一種在復(fù)合材料成型工藝中取向碳納米管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在復(fù)合材料成型工藝中取向碳納米管的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有在復(fù)合材料成型工藝中取向碳納米管的方法，其取向方法較為單一，且都是做碳納米管在溶液中或樹脂中的取向。用這種取向過后的成品再進(jìn)行復(fù)合材料加工，無法保障碳納米管在成品復(fù)合材料中的取向程度和方向。而復(fù)合材料的性能(導(dǎo)電性，機(jī)械性能等)的提高，恰恰是由碳納米管在復(fù)合材料中的取向程度決定的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種提高碳納米管在復(fù)合材料中的取向程度的取向方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種在復(fù)合材料成型工藝中取向碳納米管的方法，其特征在于，步驟為步驟I、分散將碳納米管分散在溶液中形成碳納米管分散體系。在本步驟中，通過調(diào)節(jié)樹脂粘度來取向碳納米管，粘度越低，碳納米管取向度越高。步驟2、預(yù)取向?qū)⑻技{米管分散體系置于強(qiáng)度為0. 01-3T的磁場中作用0. 5_3h形成碳納米管流體。在步驟I及步驟2中，通過調(diào)節(jié)碳納米管分散和預(yù)取向的時(shí)間來控制碳納米管分散和取向程度。分散時(shí)間越長，分散度越高，預(yù)取向時(shí)間越長，磁場強(qiáng)度越大，取向度越高。步驟3、再取向碳納米管流體通過管道導(dǎo)入復(fù)合材料成型區(qū)，在該管道上沿碳納米管流體的流動(dòng)方向施加取向磁場，磁場強(qiáng)度為0. 01-3T，碳納米管流體的流動(dòng)速度的控制可通過調(diào)節(jié)注入壓力實(shí)現(xiàn)，壓力越大，流動(dòng)速度越大，壓力控制在IO-IOOkPa,作用時(shí)間為
0.l-3h。步驟4、復(fù)合材料成型取向在復(fù)合材料成型區(qū)施加磁場，施加磁場的方向由碳納米管最終在產(chǎn)品中的取向方向決定，磁場強(qiáng)度為0.01-3T，作用時(shí)間為0. l-5h。通過調(diào)節(jié)成型取向區(qū)磁場施加時(shí)間來控制碳納米管取向程度。磁化時(shí)間越長，碳納米管取向程度越高。在步驟3及步驟4中，通過調(diào)節(jié)再取向區(qū)和成型取向區(qū)施加的磁場強(qiáng)度來控制碳納米管取向程度。磁場強(qiáng)度越高，取向程度越高。優(yōu)選地，所述步驟I中的分散的具體步驟為將所述碳納米管分散在質(zhì)量百分濃度為90 % -100%的丙酮中，超聲處理0. 5-4h，然后加入樹脂中，機(jī)械分散0. 5-2h，其中，碳納米管與丙酮的質(zhì)量比為(0.1 99. 9)-(10 90)，丙酮與樹脂的質(zhì)量比為(I 99)-(30 70)。本發(fā)明將在復(fù)合材料成型的不同階段，對碳納米管在溶液中或樹脂中進(jìn)行取向，具體包括碳納米管在溶液中或樹脂中的分散和預(yù)取向、樹脂或溶液導(dǎo)入復(fù)合材料成型區(qū)前的再取向和復(fù)合材料成型中的取向，這三個(gè)取向窗口，從而使得碳納米管(磁性碳納米管/其他磁性感應(yīng)性微粒材料)獲得良好的取向度。
本發(fā)明具有使碳納米管取向度高、與復(fù)合材料成型工藝結(jié)合緊密，成品質(zhì)量有保證，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。


圖I本發(fā)明的工作原理示意圖；圖2為本發(fā)明的復(fù)合材料成型取向中施加磁場示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。實(shí)施例I 本實(shí)施例提供了一種在復(fù)合材料成型工藝中取向碳納米管的方法，其中，復(fù)合材料是指兩種或兩種以上具有不同物理、化學(xué)性質(zhì)的材料，以微觀、介觀或宏觀等不同的結(jié)構(gòu)尺度與層次，經(jīng)過復(fù)雜的空間組合而形成的一個(gè)材料系統(tǒng)。其性能與功能往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其單質(zhì)組分性能與功能。復(fù)合材料成型工藝，指包括樹脂轉(zhuǎn)移模塑RTM，真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模塑VARTM，真空注塑VARI等成型工藝。本實(shí)施例的具體步驟為步驟I、分散在如圖I所示的分散和預(yù)取向區(qū)I中將碳納米管分散在質(zhì)量百分濃度為99. 5%的丙酮中，超聲處理0. 5h，然后加入樹脂中，采用高速攪拌機(jī)在400轉(zhuǎn)速下機(jī)械分散0.5h形成碳納米管分散體系，其中，碳納米管與丙酮的質(zhì)量比為10 90，丙酮與樹脂的質(zhì)量比為10 90。在本實(shí)施例中，樹脂粘度取為140mPa S，樹脂注入壓力取為60kPa。碳納米管包括未經(jīng)處理的各種單壁/多壁碳納米管，經(jīng)過表面處理(如酸化、臭氧化等)的碳納米管，鎳/鐵氧體等磁性材料包覆的碳納米管。另外，一些磁感應(yīng)性微粒，如石墨片、石墨球、碳包金屬微粒等，也適用于本方法。碳納米管種類不同，得到的取向度也有差異。本實(shí)例中優(yōu)選地使用鎳/鐵氧體包覆的碳納米管。步驟2、預(yù)取向在如圖I所示的分散和預(yù)取向區(qū)I中將碳納米管分散體系置于強(qiáng)度為0. OlT的磁場中作用3h形成碳納米管流體。在步驟2中可采用所有可產(chǎn)生磁場空間的裝置，例如電磁線圈、經(jīng)環(huán)氧樹脂/柔性環(huán)氧樹脂固化的電磁線圈/環(huán)狀永磁體(包括釹鐵硼等)、電磁鐵、平行板磁鐵、兩塊NS極相對的永磁鐵(包括釹鐵硼、鐵氧體等)、或組合磁系等。步驟3、再取向碳納米管流體通過管道導(dǎo)入復(fù)合材料成型區(qū)，在該管道上沿碳納米管流體的流動(dòng)方向施加取向磁場，施加磁場的區(qū)域形成如圖I所示的再取向區(qū)域2，通過調(diào)節(jié)再取向區(qū)域2的長度來控制碳納米管取向程度，再取向區(qū)越長，碳納米管取向程度越高。在本實(shí)施例中，磁場強(qiáng)度為0. 01T，碳納米管流體的注入壓力控制在60kPa，作用時(shí)間為3h。在本步驟中，產(chǎn)生再取向磁場裝置可有電磁線圈，經(jīng)環(huán)氧樹脂/柔性環(huán)氧樹脂固化的電磁線圈、環(huán)狀永磁體(包括釹鐵硼等)、軸向充磁(內(nèi)徑略大于導(dǎo)管，長度5-150mm，可多個(gè)串聯(lián)使用，使用數(shù)目據(jù)導(dǎo)管長度而定)等等。步驟4、復(fù)合材料成型取向在如圖I所示的復(fù)合材料成型區(qū)3施加磁場，磁場強(qiáng)度為0. 01T,作用時(shí)間為5h,施加磁場的方向由碳納米管最終在產(chǎn)品中的取向方向決定,若需要碳納米管在產(chǎn)品的厚度方向上取向，則可以如圖2所示，在復(fù)合材料成型區(qū)3的上下分別布置一塊平行磁板4，當(dāng)然平行磁板4也可以采用電磁鐵、兩塊NS極相對的永磁鐵(包括釹鐵硼、鐵氧體等)、或組合磁系等替代。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例I的不 同之處在于在步驟I中，丙酮的質(zhì)量百分比濃度為99. 7%，超聲處理時(shí)間為3h，碳納米管與丙酮的質(zhì)量比為2 98，丙酮與樹脂的質(zhì)量比為5 95;在步驟2中，磁場強(qiáng)度為3T，作用時(shí)間為0. 5h ；在步驟3中，磁場強(qiáng)度為3T，碳納米管流體的注入壓力控制在IOOkPa,作用時(shí)間為
0.5h ；在步驟4中，磁場強(qiáng)度為3T，作用時(shí)間為0. lh。通過常規(guī)的國標(biāo)測定試驗(yàn)方法，可以得到如下數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種在復(fù)合材料成型工藝中取向碳納米管的方法，其特征在于，步驟為 步驟I、分散將碳納米管分散在溶液中形成碳納米管分散體系； 步驟2、預(yù)取向?qū)⑻技{米管分散體系置于強(qiáng)度為0. 01-3T的磁場中作用0. 5-3h形成碳納米管流體； 步驟3、再取向碳納米管流體通過管道導(dǎo)入復(fù)合材料成型區(qū)，在該管道上沿碳納米管流體的流動(dòng)方向施加取向磁場，磁場強(qiáng)度為0.01-3T，碳納米管流體的流動(dòng)速度的控制可通過調(diào)節(jié)注入壓力實(shí)現(xiàn)，壓力越大，流動(dòng)速度越大，壓力控制在IO-IOOkPa,作用時(shí)間為0.l-3h ； 步驟4、復(fù)合材料成型取向在復(fù)合材料成型區(qū)施加磁場，施加磁場的方向由碳納米管最終在產(chǎn)品中的取向方向決定，磁場強(qiáng)度為0. 01-3T，作用時(shí)間為0. l-5h。
2.如權(quán)利要求I所述的一種在復(fù)合材料成型工藝中取向碳納米管的方法，其特征在于所述步驟I中的分散的具體步驟為將所述碳納米管分散在質(zhì)量百分濃度為90% -100%的丙酮中，超聲處理0. 5-4h，然后加入樹脂中，機(jī)械分散0. 5-2h，其中，碳納米管與丙酮的質(zhì)量比為(0.1 99. 9)-(10 90)，丙酮與樹脂的質(zhì)量比為(I 99)-(30 70)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在復(fù)合材料成型工藝中取向碳納米管的方法，其特征在于，步驟為步驟1、分散；步驟2、預(yù)取向；步驟3、再取向；步驟4、復(fù)合材料成型取向。本發(fā)明將在復(fù)合材料成型的不同階段，對碳納米管在溶液中或樹脂中進(jìn)行取向，具體包括碳納米管在溶液中或樹脂中的分散和預(yù)取向、樹脂或溶液導(dǎo)入復(fù)合材料成型區(qū)前的再取向和復(fù)合材料成型中的取向，這三個(gè)取向窗口，從而使得碳納米管(磁性碳納米管/其他磁性感應(yīng)性微粒材料)獲得良好的取向度。本發(fā)明具有使碳納米管取向度高、與復(fù)合材料成型工藝結(jié)合緊密，成品質(zhì)量有保證，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B29C70/54GK102700148SQ20121015305
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者李煒, 梁曉寧 申請人:東華大學(xué)