一种取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法；主要以聚酯及取向碳纳米管束为原料，经过纺丝及真空成型后得到一种高取向碳纳米管/聚酯材料，该法操作工艺简单，适合规模化生产。所制备的聚酯产品在热、力等性能方面可具有潜在优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于聚合物材料制备领域，具体涉及一种取向碳纳米管/聚酯材料的制备 方法。
技术介绍
聚酯，由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称。主要指聚对苯二甲酸乙二酯、聚 对苯二甲酸丁二酯和聚芳酯等线型热塑性树脂。这类树脂可用于加工成纤维、薄膜、塑料制 品，在纺织、光学、电子、汽车、航空、医疗等领域具有广泛的应用。随着产品应用领域的多级 化，要求聚酯产品具有高的耐热性、高的力学性能，传统的聚酯产品已经不能满足产品使用 性能发展趋势。 近几年来，有关取向碳纳米管/聚合物材料得到了密切的关注，取向碳纳米管/聚 合物材料与无序碳纳米管/聚合物材料相比，由于碳纳米管的取向控制，碳纳米管阵列均 匀有序，缠绕较少，与无序的碳纳米管/聚合物材料相比，其表现出更好的强度、弹性、抗疲 劳性及力、热、电各向异性而备受青睐。取向碳纳米管/聚合物材料的制备过程对取向碳纳 米管在聚合物中的排列影响很大，从而进一步决定了取向碳纳米管/聚合物材料的最终性 能。 目前，有关取向碳纳米管/热塑性聚合物的制备方法已有相关报道，主要为利用 力场/流场中定向排列可以实现碳纳米管的重新定向排列，其工艺简单、易于实现大批量 合成，但仅限于局部微观取向好，宏观取向性较差；利用原位生长合成法，结合碳纳米管制 备工艺，在聚合物基体表面原位生长出碳纳米管，可获得定向排列的碳纳米管/聚合物材 料，但是该工艺必须同时兼顾碳纳米管制备以及复合材料成型，工艺条件苛刻，难以大规模 生广制品。 因此，如何简单有效实现碳纳米管在聚合物中的取向排列，实现规模生产取向碳 纳米管/聚合物对于提高聚合物性能及其应用具有意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，该方法简单有 效，适合工业化生产；由此制备的取向碳纳米管/聚酯材料改善了传统聚酯产品的性能及 扩展了聚酯的应用领域。 为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种取向碳纳米管/聚酯材料 的制备方法，包括以下步骤： (1) 将聚酯与取向碳纳米管束充分混合后得到纺丝组合物；纺丝组合物干燥后经熔 融纺丝、热拉伸得到取向碳纳米管/聚酯纤维丝；所述取向碳纳米管束与聚酯的质量比为 (0. 1?2. 5) : 100 ;所述聚酯为未改性聚酯或者添加剂改性的聚酯； (2) 将上述取向碳纳米管/聚酯纤维丝置入模具中，经热压成型，得到取向碳纳米管/ 聚酯材料；所述取向碳纳米管/聚酯纤维丝之间互相平行。 上述技术方案中，纺丝组合物中聚酯可以用添加剂改性；添加剂为聚酯纤维常用 添加剂，可以进一步改善纺丝组合物的可纺性及其它性能，如二甘醇、1，3-丙二醇、二氧化 硅、二氧化钛、氯化钠、氯化钙中的一种或几种。 上述技术方案中，步骤（1)中，原料的混合方式无特殊要求，只要能够将各原料混 合均匀即可；比如可以将聚酯粉碎后与取向碳纳米管束机械混合得到纺丝组合物，也可以 将各原料在聚酯熔融状态下混合后，挤出造粒得到纺丝组合物。 上述技术方案中，步骤（1)中，所述纺丝组合物中的取向碳纳米管束为取向多壁 碳纳米管束，长度为30?100 μ m。 上述技术方案中，步骤（1)中，所述纺丝组合物在纺丝前经过真空条件下，120? 130°C干燥处理。 上述技术方案中，步骤（1)中，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁 二酯和聚芳酯中的一种或者几种。 上述技术方案中，步骤⑵中，热压成型时的真空度为0. IMPa;压力为5?15MPa; 时间为5?lOmin。当聚酯为聚对苯二甲酸乙二酯时，步骤（2)中，热压成型时的温度为 250?260°C ;当聚酯为聚对苯二甲酸丁二酯时，步骤（2)中，热压成型时的温度为200? 220°C ;当聚酯为聚芳酯时，步骤（2)中，热压成型时的温度为285?295°C。此条件下，取 向碳纳米管不会在聚酯中发生流动，得到的取向碳纳米管/聚酯材料中取向碳纳米管宏观 高度取向。 上述技术方案中，熔融纺丝是制备聚酯纤维的主要方法之一，主要包括聚合物熔 融、熔液过滤、喷丝板成型(纺丝)、后加工(拉伸）等步骤。纺丝时的相关参数，比如纺丝温 度、拉伸温度，可以根据聚酯的种类选择。 本专利技术中，原料充分混合提高了取向碳纳米管在聚酯中的分散性，同时先制备取 向碳纳米管/聚酯纤维丝，再将纤维丝平行排列后热压成型的过程进一步提高了取向碳纳 米管在聚酯中的分散性，有利于取向碳纳米管在聚酯中的微观取向；将各组分混合均匀的 纺丝组合物通过熔融纺丝、再经拉伸增加了取向碳纳米管在聚酯纤维中的取向，再将取向 碳纳米管/聚酯纤维丝平行排列，热压成型，热压时避免取向碳纳米管在聚酯中发生流动 而导致其取向发生变化，这样可有效保障取向碳纳米管在聚酯中的宏观高度取向。 由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点： 1.本专利技术利用取向碳纳米管束与聚酯混合后纺丝获得了改性聚酯纤维丝，再将聚酯纤 维丝平行排列后热压成型得到新的取向碳纳米管/聚酯材料；其具有优异的热性能以及力 学性能，满足高性能聚酯材料的发展趋势。 2.本专利技术公开的制备方法中取向碳纳米管束与聚酯充分混合，再经纺丝及纤维丝 平行热压后有利于获得微观高度取向、宏观取向好的取向碳纳米管/聚酯材料，有效解决 了现有制备方法中碳纳米管在聚合物材料中取向度差的问题。 3.本专利技术公开的制备方法中原料来源广泛，制备过程简单可控，只需常规操作， 环保，易于产业化。 【附图说明】 图1为实施例1中高取向碳纳米管/聚苯二甲酸乙二酯材料的SEM照片； 图2为对比例1中碳纳米管/聚苯二甲酸乙二酯材料的SEM照片； 图3为实施例2中高取向碳纳米管/聚芳酯材料的SEM照片； 图4为对比例2中碳纳米管/聚芳酯材料的SEM照片； 图5为实施例3中高取向碳纳米管/聚对苯二甲酸丁二酯材料的SEM照片； 图6为对比例3中碳纳米管/聚对苯二甲酸丁二酯材料的SEM照片。 【具体实施方式】 下面结合附图以及实施例、对比例对本专利技术作进一步描述： 实施例1 将l〇〇〇g聚苯二甲酸乙二酯(含二甘醇(质量百分数：1. 29%)和二氧化钛（质量百分 数：0. 3%))与lg取向多壁碳纳米管束机械搅拌混合，真空条件下，在120?130°C充分干 燥后，利用纺丝机在280°C纺丝，再经80°C热拉伸，得到取向碳纳米管/聚酯纤维丝；将上述 纤维丝互相平行紧密排列在模具中，经真空热压成型（真空度：〇. IMPa ;温度：255°C;压力： lOMPa) 5分钟，即得到取向碳纳米管/聚酯材料，记为高取向碳纳米管/聚苯二甲酸乙二酯 材料，其力学性能及热性能见表1。 对比例1 将l〇〇〇g聚苯二甲酸乙二酯(含二甘醇(质量百分数：1. 29%)和二氧化钛（质量百分数： 0. 3%))与lg非取向多壁碳纳米管机械搅拌混合，真空条件下，在120?130°C充分干燥后， 利用纺丝机在280°C纺丝，再经80°C热拉伸，得到碳纳米管/聚酯纤维丝；将上述纤维丝互 相平行紧密排列在模具中，排列方向与实施例1 一致，经真空热压成型（真空度：〇. IMPa ; 温度：255°C;压力：10MPa) 5分钟，即得到碳纳米管/聚酯材料，记为碳纳米管/聚苯二甲酸 乙二酯材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1) 将聚酯与取向碳纳米管束充分混合后得到纺丝组合物；纺丝组合物干燥后经熔融纺丝、热拉伸得到取向碳纳米管/聚酯纤维丝；所述取向碳纳米管束与聚酯的质量比为(0.1～2.5)∶100；所述聚酯为未改性聚酯或者添加剂改性的聚酯；(2) 将上述取向碳纳米管/聚酯纤维丝置入模具中，经热压成型，得到取向碳纳米管/聚酯材料；所述取向碳纳米管/聚酯纤维丝之间互相平行。

【技术特征摘要】
1. 一种取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将聚酯与取向碳纳米管束充分混合后得到纺丝组合物；纺丝组合物干燥后经熔 融纺丝、热拉伸得到取向碳纳米管/聚酯纤维丝；所述取向碳纳米管束与聚酯的质量比为 (0. 1?2. 5) : 100 ;所述聚酯为未改性聚酯或者添加剂改性的聚酯； (2) 将上述取向碳纳米管/聚酯纤维丝置入模具中，经热压成型，得到取向碳纳米管/ 聚酯材料；所述取向碳纳米管/聚酯纤维丝之间互相平行。2. 根据权利要求1所述取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法，其特征在于：所述添加 剂为二甘醇、1，3-丙二醇、二氧化硅、二氧化钛、氯化钠、氯化钙中的一种或几种。3. 根据权利要求1所述取向碳纳米管/聚酯材料的制备方法，其特征在于：步骤（1) 中，所述取向碳纳米管束为取向多壁碳纳米管束，长度为30?ΙΟΟμπι。4. 根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁莉，陈国强，王国柱，高永明，梁国正，顾嫒娟，管新海，沈家康，钮真荣，
申请(专利权)人：江苏鹰翔化纤股份有限公司，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32