[发明专利]一种载镍多壁碳纳米管的定向排列方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种载镍多壁碳纳米管的定向排列方法，属无机碳材料在高聚物基体中定向排列方法及其设备的技术领域。

背景技术

碳纳米管具有独特的结构和高长径比，具有优异的化学物理性能，是一种优良的纳米纤维增强体，可作为添加材料，实现对高聚物基复合材料的增强和功能化，由于碳纳米管的大长径比和高表面能，在高聚物基体中极易团聚和缠绕，不但起不到增强的作用，反而会形成应力集中点，导致碳纳米管/高聚物复合材料的力学性能下降，影响其在高聚物基复合材料中的应用，因此，如何实现碳纳米管在聚合物基体中的均匀分散和定向排列，已成了纳米功能复合材料加工领域的难点。

目前，为了实现碳纳米管在高聚物基体中的定向排列，其方法有机械拉伸法、电场法和磁场法等，例如：Ajayan等将碳纳米管/环氧树脂复合材料切成50-200nm的薄片，借用切片时的机械力将碳纳米管排列起来，首次得到了定向排列的碳纳米管复合材料；例如Jin等将多壁碳纳米管加入到氯仿溶解的热塑性高聚物中，制成悬浊液，从100℃单向拉伸至室温25℃，实现了多壁碳纳米管在热塑性高聚物中的定向排列；例如Haggenmueller等在熔融下对高聚物/单壁碳纳米管复合材料进行拉伸，实现了单壁碳纳米管的定向排列；例如Dai等采用反复机械拉伸法实现了单壁碳纳米管的均匀分散和定向排列；例如Chen等研究了在外加电场作用下实现了单壁碳纳米管的定向排列；例如Miguel等用磁性材料包覆多壁碳纳米管，通过外加磁场的作用，实现碳纳米管的定向排列；李维学等将碳纳米管和聚合物注入缸体内，用活塞通过层流场、磁场，压缩，使碳纳米管在聚合物中定向排列；以上研究只是进行了初步探讨，有的不宜在生产实践中应用，有的不能进行工业化生产，且工艺复杂，应用范围较窄。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的情况和缺陷，提供一种新的能进行工业化生产的多壁碳纳米管的定向排列方法和设备，在外加磁场作用下，用螺杆挤出熔融造粒法，使多壁碳纳米管在高聚物基体中均匀分布并定向排列，使多壁碳纳米管的定向排列实现工业化生产。

技术方案

本发明所使用的化学物质原料为：聚对苯二甲酸乙二酯、多壁碳纳米管、去离子水、冷却水，其组合用量如下：以克、毫升为计量单位

聚对苯二甲酸乙二酯：PET           15000g±5g

多壁碳纳米管：C          750g±1g

硝酸镍：Ni(NO₃)₂         1098g±1g

去离子水：H₂O            200000ml±100ml

冷却水：H₂O              50000ml±100ml

多壁碳纳米管定向排列方法如下：

(1)精选化学物质原料

对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：

聚对苯二甲酸乙二酯：固态固体    99.5％

多壁碳纳米管：固态固体          99.5％

硝酸镍：固态固体                99.5％

去离子水：液态液体              99.9％

冷却水：液态液体                85.0％

(2)配置硝酸镍水溶液

称取硝酸镍1098g±1g置于容器中，量取去离子水75000ml±5ml，将其缓慢加入容器中，并用搅拌器搅拌30min，使其混合均匀，成2mol/L的硝酸镍溶液；

(3)制备载镍多壁碳纳米管

①称取多壁碳纳米管750g±1g置于容器中，加入0.2mol/L的硝酸镍溶液75000ml±5ml，调节酸碱度，使pH＝6～7，为中性混合溶液；

②超声分散，将容器置于超声分散机上，进行超声分散30min；

③离心分离，将超声分散的混合溶液置于离心管内，进行离心分离，分离后，收集多壁碳纳米管悬浊液；

④去离子水洗涤，将多壁碳纳米管悬浊液置于容器中，加入去离子水10000ml，边搅拌边洗涤，成洗涤液；

⑤抽滤，将洗涤液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，洗涤液抽至滤瓶中；

⑥洗涤，抽滤重复进行10次；