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功能化的碳纳米管会成为未来复合材料市场的主宰吗?
2010-1-12 来源:复材在线
关键词:功能化碳纳米管

    Nanoledge公司位于加拿大的布谢维尔,该公司将Baytubes与几种不同形式的环氧树脂制剂混合在一起。在这些混合制品中,有一种名为Innovium Materials Pack的材料,该材料有两层专门用来进行干法铺敷和采用碳或玻璃织物纱带进行 溶合的半固态树脂薄膜,从而使预浸材料达到2,700 MPa的弯曲模量和120 MPa的弯曲极限强度。抗冲击强度为8 kJ/m2。Innovium Formulation Pack专供热熔预浸材料使用。Nanoledge公司的产品大多应用在自行车和风力发电系统中。

    Hyperion催化剂国际(Hyperion Catalysis International )公司位于美国马萨诸塞州坎布里奇,是碳纳米管增强树脂制剂的先驱之一。该公司生产的原纤维(FIBRIL)产品系列主要以母体混合物或即时可成型的混合物的形式出现,此类产品通常会应用在热塑性树脂中。母体混合物是一种碳纳米管含量为15%-20%的高粘度树脂, 经稀释后,碳纳米管添加剂的最后浓度会变为2%-8%。母体混合物对环氧树脂、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰胺纤维、聚碳酸酯、聚苯乙烯以及其它聚合物都很有效。原纤维(FIBRIL)即时可成型混合物也可用在热塑性塑料中。

    Nanocomp公司位于美国新罕不什尔康科德,相对而言这是一个比较年轻的公司,主要经营一些传统碳纳米管制造及合成的边缘产品。该公司生产碳纳米管(CNTs)片材,并将其与复合材料层压板系统结合在一起。Nanocomp公司由一个小型实验工厂发展而来,目前已推出了一系列生产、研发及应用程序。所有这些表明,该公司的碳纳米管片材系列在反导弹系统、航空航天以及电磁屏蔽零部件及结构中的应用已取得巨大进展。Nanocomp公司的首席执行官兼董事长Peter Antoinette表示:“目前我公司正在生产卷长为7.6米到30.5米长,规格为1.2米乘2.4米的碳纳米管片材。目前,工厂占地面积为371平方米,计划在2013年之前对工厂实行扩建,使其达到9290平方米,并有希望使我公司制造的碳纳米管最终实现4-6吨的年产量。”

    Antoinette表示:“我公司生产的碳纳米管片材系列可用在电磁屏蔽和反导弹产品中。”目前,Nanocomp公司与美国陆军纳提克士兵研究中心(the U.S. Army Natick Soldier Center)携手合作,共同研发制造防弹衣的原材料,为防弹衣的防冲击板及后面提供层压层,使现有材料的性能有了很大的提高。通常,层压板的厚度为2 毫米,共由200层片材组成。测试结果表明Nanocomp增强防弹衣可以阻挡9毫米长的子弹。

    Pyrograf产品有限公司是美国应用科技有限公司的分公司,该公司每年可生产31,751千克Pyrograf-III-一种气相生长碳纳米管。目前,Pyrograf产品有限公司正努力扩大生产力,期望能实现年产量翻一倍的目标。

    尽管碳纳米管的功能化进程已取得巨大进步,然而我们都很清楚,作为复合材料行业的一部分,它距离成熟还有很远的路要走。Zyvex公司的Belden表示:“我们处在碳纳米管及其潜能发展的初级阶段。碳纳米管(CNTs)在进入复合材料市场的过程中遇到一些挑战,如:成本/效益问题、不切实际的期望、健康安全问题以及产品质量监管。

    在碳纳米管的功能化进程中,成本问题是最大的障碍。目前,碳纳米管的起价约为$100/kg。碳纳米管只有通过其大量机械效益以及在整个使用过程中可实现节约成本的特性来获得发展机会,从而参与到复合材料项目中。随着碳纳米管(CNTs)生产的不断成熟,生产力的不断提高,其价格也会不断降低。不过,到那时大家将会以挑剔的眼光来看待它们。

    来自Nanocyl公司的Vaugien先生说社会上存在两种有关碳纳米管的普遍错误认识:“第一,碳纳米管(CNTs)可以解决一切问题。的确,碳纳米管具有多种功能,但它并不是一种超级材料。目前,它们可以高效的完成指定的任务,不过我们也很清楚,现在碳纳米管在复合材料市场的应用仅处在其成熟化过程的初级阶段。第二:人们很关心碳纳米管(CNTs)的环境健康问题。针对这一话题,Nanocyl公司以一种很负责任的方式做出了解答。他们在为客户提供支持,回答大家就环境卫生问题提出的质疑同时,还就这一话题补充了大量知识。健康问题主要集中在小型号碳纳米管(CNTs)及在松散状态下如何对碳纳米管进行管理上。因为在松散状态下,碳纳米管容易在空气中传播,被吸入体内或在空气中消失。在大家关心的这些问题中,引起特别关注的是碳纳米管被吸入体内后是否会对身体有害。”

    最后,Belden强调:碳纳米管(CNTs)的发展历史很短,目前还没有确立一个对其质量进行检测和评估的标准程序及方法。碳纳米管中含有的杂质也会降低其机械性能,尽管Zyvex公司已经研发了一种有助于净化碳纳米管(CNTs)的内部技术,但要彻底去除这些杂质还是很困难的。

    即使有这样或那样的疑虑,碳纳米管(CNTs)还是被大家所广泛使用。复合材料行业对如何最好的应用碳纳米管的研究才刚刚开始。Belden很乐观的说:“我认为,在未来五年,我们会生产出碳纳米管预浸材料,他们所具有的强度和硬度将是目前的碳纤维预浸材料的两倍或三倍。”

    拜耳(Bayer)公司也参与了几个采用了碳纳米管的复合材料项目,并希望通过这些项目来展示Baytubes的真正潜力。值得关注的是亚洲的风机项目,通过对叶片的重新设计以及对树脂的重新调配,最终使长为49米的风机叶片的重量从原来的7257公斤减少到5806公斤。

    毕克(BYK)美国有限公司(位于美国康涅狄格州)市场部经理Tom Delay表示:“目前该公司正在研发碳纳米管(CNTs)分散技术,并承认碳纳米管的销售工作非常严格,但也强调说不久以后碳纳米管技术就会备受人们的关注。”目前航空航天领域已采用了这一材料,碳纳米管将会渗透到整个复合材料行业中。

    碳纳米管供应商

    以下是积极参与到用在复合材料中的碳纳米管制造中的公司:

    Angstron Materials LLC (Dayton, Ohio)

    Arkema (King of Prussia, Pa.)

    Bayer MaterialScience (Pittsburgh, Pa. and Leverkusen, Germany)

    Hyperion Catalysis International Inc. (Cambridge, Mass.)

    Nano-C Inc. (Westwood, Mass.)

    Nanocyl (Rockland, Mass. and Sambreville, Belgium)

    Nanocomp (Concord, N.H.)

    Pyrograf Products Inc., an affiliate of Applied Sciences Inc. (Cedarville, Ohio)

    Southern Clay Products Inc. (Austin, Texas)

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(雯雯)
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