Un material compuesto basado en nanotubos de carbono (10), que comprende:

una matriz polimérica (14); y

una estructura de películas de nanotubos de carbono (12) dispuesta en la matriz polimérica, la estructura de películas de nanotubos de carbón comprende una pluralidad de nanotubos de carbono, en el que la estructura de películas de nanotubos de carbono está dispuesta en una región de capa central entre las porciones de capa superior e inferior de la matriz polimérica, se define una pluralidad de espacios intermedios entre los nanotubos de carbono de la estructura de películas de nanotubos de carbono, y la matriz polimérica rellena los espacios intermedios.

Material compuesto basado en nanotubos de carbono y un metodo para fabricar el mismo.

La presente invencion se refiere a materiales compuestos y a metodos para fabricar los mismos y, particularmente, a un material compuesto que posee nanotubos de carbono y a un metodo para fabricar el mismo.

Debido a propiedades de conduccion termica y electrica y mecanicas potencialmente utiles, los nanotubos de carbono (NTC) han sido objeto de muchisimo interes desde principios de los anos 1990. Y el uso de los NTC se esta haciendo cada vez mas popular como material de carga en materiales compuestos.

Actualmente es habitual que se modifique la superficie de los nanotubos de carbono antes de ser embebidos en polimeros para formar materiales compuestos. Un metodo normal para fabricar un material compuesto basado en nanotubos de carbono incluye: proporcionar nanotubos de carbono multicapa y acido nitrico concentrado y colocar los nanotubos de carbono en el acido nitrico concentrado para formar una mezcla; agitar la mezcla durante 20 horas a 200DC; lavar los nanotubos de carbono con agua destilada y secar los nanotubos de carbono a vacio durante 10 horas a 90DC; colocar los nanotubos de carbono en cloruro de oxalilo para formar una mezcla y agitar la mezcla durante 10 horas a 90DC; evaporar el exceso de cloruro de oxalilo, con lo que se obtienen nanotubos de carbono clorados; gotear diaminoetano en los nanotubos de carbono clorados en un bano de hielo para formar una primera mezcla, remover lentamente la primera mezcla y secar la primera mezcla a vacio durante 10 horas a 100DC para formar nanotubos de carbono aminados; colocar los nanotubos de carbono aminados en etanol para formar una segunda mezcla y agitar la segunda mezcla durante 15 minutos mediante ultrasonidos; anadir resina epoxi a la segunda mezcla y remover rapidamente durante 20 minutos; calentar la segunda mezcla a 60DC para evaporar el etanol y anadir un agente de curado a la segunda mezcla; y finalmente llenar una matriz con la segunda mezcla y calentar a 80DC durante 2 horas, despues calentar a 150DC durante 2 horas, tal que la segunda mezcla se cure para formar el material compuesto basado en nanotubos de carbono.

El metodo descrito de agitar y remover para dispersar los nanotubos de carbono en el polimero presenta, sin embargo, desventajas. Los nanotubos de carbono tienen tendencia a adherirse entre si en el polimero, la modificacion de la superficie da como resultado defectos en la estructura de los nanotubos de carbono que afectan al conjunto de las propiedades de los nanotubos de carbono y los nanotubos de carbono estan desorganizados en el material compuesto (es decir, no dispuestos en ningun eje concreto) . Ademas, los agentes y disolventes organicos anadidos durante el procedimiento de elaboracion son dificiles de eliminar, lo que da como resultado que el material compuesto basado en nanotubos de carbono conseguido este contaminado. Por consiguiente, el metodo de fabricacion que implica la modificacion de la superficie es complicado y tiene un coste relativamente elevado.

"Laminas de nanotubos de carbono resistentes, transparentes y multifuncionales" publicado por Mei Zhang et al. en Science vol. 309, paginas 1215-1219, describe que las laminas de nanotubos de carbono se pueden adherir juntas.

La solicitud de patente europea 2037516 A1, sin publicar en la fecha de presentacion de la presente solicitud, describe una bateria de litio y un metodo para fabricar un anodo, en el que la estructura de peliculas de nanotubos de carbono esta recubierta con un polimero.

El documento WO00/73204 A1 describe una pelicula de nanotubos de carbono alineados soportada sobre un sustrato y un metodo para retirar la pelicula de nanotubos de carbono del sustrato soporte, en el que para retirar la capa de nanotubos de carbono alineados se adhiere una pelicula de polimero sobre la superficie de arriba de una capa de nanotubos de carbono alineados.

La solicitud de patente europea 2061077 A2, sin publicar en la fecha de presentacion de la presente solicitud, muestra una estructura laminar y un metodo de elaboracion de la misma, en el que la estructura laminar incluye una pluralidad de haces de estructura linear cada uno de los cuales comprende una pluralidad de estructuras lineales de atomos de carbono organizados, espaciados unos de otros en un primer hueco y que estan dispuestos en un segundo hueco mayor que el primer hueco; y una capa de material de carga que rellena el primer hueco y el segundo hueco y soporta la pluralidad de haces de estructura lineal.

Lo que se necesita es un material compuesto basado en nanotubos de carbono y un metodo para fabricar el mismo, en el que se eliminen, o al menos palien, las limitaciones descritas.

En una realizacion de la invencion, un material compuesto basado en nanotubos de carbono comprende una matriz polimerica y una estructura de peliculas de nanotubos de carbono dispuesta en la matriz polimerica, la estructura de peliculas de nanotubos de carbono comprende una pluralidad de nanotubos de carbono, en la que la estructura de peliculas de nanotubos de carbono esta dispuesta en una region de capa central entre las porciones de capa superior e inferior de la matriz polimerica, se define una pluralidad de espacios intermedios entre los nanotubos de carbono de la estructura de peliculas de nanotubos de carbono, y la matriz polimerica rellena los espacios intermedios.

En otra realizacion, la invencion proporciona un metodo para fabricar el material compuesto basado en nanotubos de

carbono que comprende: formar una estructura de peliculas de nanotubos de carbono y proporcionar un material polimerico de una matriz polimerica; rellenar la estructura de peliculas de nanotubos de carbono con el material polimerico para formar el material compuesto basado en nanotubos de carbono que comprende la estructura de peliculas de nanotubos de carbono y el material polimerico, en el que la estructura de peliculas de nanotubos de carbono esta dispuesta en una region de capa central entre las porciones de capa superior e inferior de la matriz polimerica, se define una pluralidad de espacios intermedios entre los nanotubos de carbono de la estructura de peliculas de nanotubos de carbono, y la matriz polimerica rellena los espacios intermedios.

Otras caracteristicas novedosas y ventajas del presente material compuesto basado en nanotubos de carbono y del metodo para fabricar el mismo se haran mas evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada de realizaciones ilustrativas cuando se consideran junto con los dibujos adjuntos.

Muchos aspectos del presente material compuesto basado en nanotubos de carbono y del metodo para fabricar el mismo se pueden entender mejor con referencia a los dibujos siguientes. Los componentes de los dibujos no se han dibujado necesariamente a escala, en su lugar se ha hecho enfasis en ilustrar claramente los principios del presente material compuesto basado en nanotubos de carbono y del metodo para fabricar el mismo.

La FIG. 1 es una vista de la seccion transversal de un material compuesto basado en nanotubos de carbono conforme a una realizacion ilustrativa.

La FIG. 2 es similar a la FIG. 1, pero mostrada en mas detalle.

La FIG. 3esunavistaisometricay desglosada de unaestructuradepeliculasde nanotubos de carbonodelmaterial compuesto basado en nanotubos de carbono de la FIG. 2.

La FIG. 4 es un diagrama de flujo de un metodo ilustrativo para fabricar el material compuesto basado en nanotubos de carbono de la FIG. 1.

La FIG.5esunavistade la seccion transversalde unapreforma empleada enel metodopara preparar el material compuesto basado en nanotubos de carbono del al FIG. 1.

La FIG. 6 es una vista de la seccion transversal de un sistema para fabricar el material compuesto basado en nanotubos de carbono del al FIG. 1.

La FIG. 7 es una vista esquematica de un sistema usado para precombinar la preforma empleada en un metodo para la preparacion de la FIG.1.

La FIG. 8 es una vista de la seccion transversal de un sistema para fabricar el material compuesto basado en nanotubos de carbono de la FIG. 1.

La FIG. 9esuna vista esquematicadeunsistemausadopara fabricar elmaterialcompuestobasado ennanotubos de carbono de la FIG. 1.

Los caracteres de referencia correspondientes indican las partes equivalentes en todas las diversas vistas. Las ejemplificaciones expuestas en la presente memoria ilustran al menos... [Seguir leyendo]

1. Un material compuesto basado en nanotubos de carbono (10) , que comprende:

una matriz polimerica (14) ; y

una estructura de peliculas de nanotubos de carbono (12) dispuesta en la matriz polimerica, la estructura de peliculas de nanotubos de carbon comprende una pluralidad de nanotubos de carbono, en el que la estructura de peliculas de nanotubos de carbono esta dispuesta en una region de capa central entre las porciones de capa superior e inferior de la matriz polimerica, se define una pluralidad de espacios intermedios entre los nanotubos de carbono de la estructura de peliculas de nanotubos de carbono, y la matriz polimerica rellena los espacios intermedios.

2. Un material compuesto basado en nanotubos de carbono segun la reivindicacion 1, en el que la matriz polimerica es resina termoendurecible seleccionada del grupo que consiste en fenolica, epoxi, bismaleimida, polibenzoxazina, ester de cianato, poliimida, ester de poliamida insaturada y cualquier combinacion de las mismas.

3. Un material compuesto basado en nanotubos de carbono segun la reivindicacion 1, en el que la matriz polimerica es resina termoplastica seleccionada del grupo que consiste en polietileno, cloruro de polivinilo, politetrafluoroetileno, polipropileno, poliestireno, polimetilmetacrilato acrilico, tereftalato de polietileno, policarbonato, poliamida, tereftalato de polibutileno, polieter cetona, polieter sulfona, eter sulfona, poliimida termoplastica, polieterimida, sulfuro de polifenileno, acetato de polivinilo, parafenilen benzobisoxazol y cualquier combinacion de los mismos.

4. Un material compuesto basado en nanotubos de carbono segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la pluralidad de nanotubos de carbono en la estructura de peliculas de nanotubos de carbono entran en contacto unos con otros mediante fuerzas de atraccion de Van der Waals entre ellos para formar una estructura autosoportada.

5. Un material compuesto basado en nanotubos de carbono segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la estructura de peliculas de nanotubos de carbono comprende al menos una pelicula de nanotubos de carbono, en el que los nanotubos de carbono en al menos la pelicula de nanotubos de carbono estan alineados a lo largo de la misma direccion.

6. Un material compuesto basado en nanotubos de carbono segun la reivindicacion 5, en el que la estructura de peliculas de nanotubos de carbono comprende una pluralidad de peliculas de nanotubos de carbono y la pluralidad de peliculas de nanotubos de carbono estan apiladas entre ellas.

7. Un material compuesto basado en nanotubos de carbono segun cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, en el que un grosor de cada pelicula de nanotubos de carbono es de aproximadamente 0, 5 nm a aproximadamente 100 !m.

8. Un material compuesto basado en nanotubos de carbono segun cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que los nanotubos de carbono en la pelicula de nanotubos de carbono se unen en fila por fuerzas de atraccion de Van der Waals entre ellos.

9. Un material compuesto basado en nanotubos de carbono segun la reivindicacion 1, en el que la estructura de peliculas de nanotubos de carbono es una estructura de peliculas de nanotubos de carbono formada para ser autosoportada antes de su inclusion en el material compuesto.

10. Un metodo para fabricar un material compuesto basado en nanotubos de carbono (10) , que comprende:

(a) formar una estructura de peliculas de nanotubos de carbono (12) y proporcionar un material polimerico de una matriz polimerica (14) ; y

(b) rellenar la estructura de peliculas de nanotubos de carbono con el material polimerico para formar el material compuesto basado en nanotubos de carbono que comprende la estructura de peliculas de nanotubos de carbono y el material polimerico;

en el que la estructura de peliculas de nanotubos de carbono se coloca en una region de capa central entre las porciones de capa superior e inferior de la matriz polimerica, se define una pluralidad de espacios intermedios entre los nanotubos de carbono de la estructura de peliculas de nanotubos de carbono, y la matriz polimerica rellena los espacios intermedios.

11. Un metodo segun la reivindicacion 10, en el que la etapa (a) comprende ademas las etapas de:

(a1) proporcionar una pelicula polimerica y al menos una pelicula de nanotubos de carbono; y

(a2) adherir al menos una pelicula de nanotubos de carbono a la superficie de la pelicula polimerica para formar una preforma.

12. Un metodo segun la reivindicacion 11, en el que la etapa (b) se realiza mediante el metodo de: calentar la

preforma para combinar al menos una pelicula de nanotubos de carbono con la pelicula polimerica para formar 5 el material compuesto basado en nanotubos de carbono.

13. Un metodo segun la reivindicacion 11, en el que la etapa (b) comprende: (b1) precombinar al menos una preforma para obtener al menos una preforma tratada; y (b2) calentar y prensar al menos una preforma tratada para conseguir el material compuesto basado en

nanotubos de carbono. 10 14. Un metodo segun la reivindicacion 10, en el que en la etapa (b) el material polimerico es un material polimerico de estado liquido.

15. Un metodo segun la reivindicacion 14, en el que la etapa (b) comprende ademas: (b1') sumergir la estructura de peliculas de nanotubos de carbono en el material polimerico de estado liquido; y (b2') solidificar el material polimerico de estado liquido para conseguir el material compuesto basado en

nanotubos de carbono.

16. Un metodo segun la reivindicacion 10, en el que la estructura de peliculas de nanotubos de carbono es una estructura de peliculas de nanotubos de carbon autosoportada.

Proporcionar al menos una pelicula de nanotubos de carbono, cada pelicula de nanotubos de carbono incluye una pluralidad de nanotubos de carbono

Formar una estructura de peliculas de nanotubos de carbono autosoportada y proporcionar un material polimerico de la matriz polimerica; y

ºellenar la estructura de nanotubos de carbono con el material polimerico para formar el material compuesto basado en nanotubos de carbono que comprende la estructura de peliculas de nanotubos de carbono y el material polimerico