ES2313027T3 - Procedimiento de obtecion de fibras con alto contenido en particulas coloidales y fibras de material compuesto obtenidas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de obtención de fibras de material compuesto que contiene entre 30 y 100% de nanotubos que son partículas coloidales a partir de una prefibra que comprende un agente aglutinante polimérico y partículas coloidales, caracterizado porque se degrada, en condiciones de temperaturas del orden de la temperatura ambiente, la estructura química de dicho agente aglutinante polimérico de tal manera a eliminarlo al menos parcialmente.
Description
Procedimiento de obtención de fibras con alto
contenido en partículas coloidales y fibras de material compuesto
obtenidas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de obtención de fibras de material compuesto con mayor
contenido en partículas coloidales a partir de una prefibra que
comprende un agente aglutinante polimérico y partículas coloidales,
fibras así obtenidas y aplicaciones de estas fibras.
Se entiende por prefibra, en el sentido de la
invención, cualquier fibra de material compuesto que comprende un
agente aglutinante polimérico y partículas coloidales que aún no se
sometieron al procedimiento según la invención. Esta definición
cubre, en particular, las prefibras también en la línea de
producción de las fibras de material compuesto con mayor contenido
en partículas coloidales y las fibras terminadas y listas para su
empleo sobre las cuales se desea aplicar el procedimiento según la
invención.
La utilización del término prefibra de aquí en
adelante tendrá por lo tanto este sentido.
Al contrario, el término fibra será reservado
para denominar al producto terminado que haya sido sometido a un
tratamiento que permite aumentar la tasa de partículas coloidales o
de fibras terminadas que sirve de referencia y/o de punto de
comparación.
La norma UIPAC define en el sentido general las
partículas coloidales como partículas cuyo tamaño está comprendido
entre 1 nanómetro y algunos micrómetros. La presente invención se
referirá a esta definición cuando se emplee el término "partículas
coloidales".
Como ejemplo, los nanotubos, y más concretamente
los nanotubos de carbono, representan una referencia en lo que se
refiere a las partículas coloidales y su aplicación en la
realización de fibras de material compuesto.
En particular, los nanotubos de carbono poseen
características físicas notables (conductividad térmica, eléctrica,
propiedades mecánicas, gran superficie específica, capacidad para
deformarse bajo inyección de carga ...). Estas propiedades hacen que
los nanotubos de carbono sean materiales utilizables para una
multitud de aplicaciones: compuestos, emisión de electrones,
captadores, accionadores electromecánicos, textiles conductores,
electrodos, almacenamiento de hidrógeno y baterías.
Con el fin de ser explotados más fácilmente, los
nanotubos se pueden hilar, tal como, por ejemplo, en la solicitud de
patente francesa nº 02.805.179 o incluir como carga en una fibra de
material compuesto.
Las fibras obtenidas habitualmente están
constituidas por polímeros orgánicos y nanotubos de carbono. Esta
composición particular puede conferir propiedades interesantes a la
fibra (facilidad de aplicación, flexibilidad, coste poco elevado
...), sino no es óptima en numerosas situaciones.
En efecto, sería a menudo deseable poder
disponer de fibras que contienen un muy alto contenido en nanotubos
de carbono y una baja cantidad de polímero o entonces, cuando
proceda, nada de polímero en absoluto. Esto permitiría obtener
mejores propiedades de transporte eléctrico o térmico, acceder más
fácilmente a la superficie de los nanotubos para las aplicaciones
electroquímicas y la adsorción de los nanotubos (captadores,
almacenamiento de energía, accionadores).
El procedimiento de hilado descrito en la
solicitud de patente francesa nº 02.805.179 consiste en ensamblar
nanotubos en el vertido de una solución coagulante. Esto se realiza
inyectando, a través de una hilera, una dispersión de nanotubos en
el vertido de la solución coagulante. En el caso de sistemas
acuosos, la dispersión de nanotubos se obtiene generalmente por la
utilización de especies anfifílicas, tales como el sodio dodecil
sulfato (SDS). Se forma, durante la inyección, una prefibra. Esta
prefibra puede, a continuación, ser secada y densificada para
conseguir una fibra final. Las soluciones coagulantes habitualmente
utilizadas son soluciones de polímeros, en particular, de polivinil
alcohol (PVA). Son de fácil utilización y aseguran una buena
fiabilidad del procedimiento.
Sin embargo, la fibra final contiene una
proporción importante de polímero, lo que puede generar los
problemas mencionados más arriba.
Según el principio de la solicitud de patente
francesa nº 02.805.179, es factible otro método para obtener fibras
de muy alto contenido en nanotubos. Se trata, en lugar de utilizar
una solución de polímero como solución coagulante, emplear una
solución de ácido, en particular, de ácido clorhídrico al 37% en
peso en agua. El resto del procedimiento no cambia.
De manera general, es también posible utilizar
un mal disolvente de los nanotubos inicialmente dispersados, siendo
este mal disolvente parcialmente miscible con el disolvente de
dispersión de los nanotubos. Se entiende por "mal disolvente",
un disolvente que, por su naturaleza o los agentes que contiene,
implica la coagulación de los nano-
tubos.
tubos.
El ácido tiene aquí por función hidrolizar los
tensioactivos utilizados para dispersar los nanotubos, y esto, en
cuanto la dispersión (nanotubos/SDS/agua) entra en contacto con este
ácido. A causa de la rapidez del proceso de hidrólisis, los
nanotubos, que ya no se estabilizan por un agente anfifílico, se
añade de nuevo bajo la acción de las fuerzas de Van Der Waals,
guardando al mismo tiempo la alineación que se les ha conferido por
la velocidad de inyección de la dispersión.
Por este procedimiento, se pueden así obtener
fibras constituidas al 100% de nanotubos alineados. Estas fibras son
manipulables y las medidas de conductividad revelaron una muy baja
resistividad del orden de 5.10^{-3} ohmios.cm lo que representa
una ganancia de un factor 200 con respecto a una fibra no tratada
hecha según la enseñanza principal de la solicitud de patente
francesa nº 02.805.179 con el PVA como agente de coagulación.
Esta variante hace entonces las fibras
especialmente interesantes para aplicaciones tales como los
accionadores o también los textiles conductores, aplicaciones para
las cuales una alta conductividad es necesaria.
El hilado directo, es decir, sin polímeros
coagulantes, plantea sin embargo una dificultad. En efecto, incluso
si resulta ser eficaz para dar fibras muy de alto contenido en
nanotubos, es menos fiable que el procedimiento con polímero y las
fibras obtenidas quedan muy delicadas para manipular.
Se propusieron algunos procedimientos de
tratamiento que se basan esencialmente en la utilización de un
procedimiento de hilado que se basa sobre el procedimiento con
polímero descrito más arriba, seguido de una eliminación parcial o
total del polímero, en particular, en el marco de aplicación de
fibras donde la presencia de tal polímero sería molesto. Incluso si
este enfoque pide una etapa suplementaria en la preparación, permite
una notable ganancia en fiabilidad y robustez de procedimiento.
El medio más simple, el más descrito y mejor
conocido para evitar la presencia de polímero orgánico sobre la
fibra consiste en hacerlo calentar a alta temperatura para quemar o
pirolizar el polímero. La prefibra debe entonces ya contener una
fracción importante de nanotubos para resistir este tratamiento. Una
tasa mínima de nanotubos del orden de 15 a 30% es entonces necesaria
al principio. Además, tal tratamiento puede provocar una degradación
de las propiedades intrínsecas de los nanotubos y una
desorganización de la fibra propiamente dicha.
Prefibras, por ejemplo procedentes del
procedimiento descrito en la solicitud de patente francesa nº
02.805.179 pueden resistir.
No obstante, el procedimiento térmico descrito
más arriba es un procedimiento violento y especialmente difícil de
controlar si se quiere preservar la integridad de la fibra y/o de
los nanotubos. En particular, las fibras así obtenidas tienden a
convertirse quebradizas después de tal recocido.
Las dificultades encontradas en los tratamientos
de las prefibras que incluyen nanotubos de carbonos son, por
supuesto, las mismas cuando las prefibras comprenden partículas
coloidales distintas que los nanotubos de carbono y por ejemplos de
las whiskers de SIC, o nanofilamentos de carbono, o nanotubos de
nitruros de boro.
Por lo tanto, los inventores pusieron a punto un
procedimiento de obtención de fibras de material compuesto que
comprende un agente aglutinante polimérico y partículas coloidales,
con mayor contenido en partículas coloidales, que permite la
eliminación suave y controlada del agente aglutinante polimérico, de
una aplicación fácil y práctica y que pueden adaptarse a todas las
prefibras de material compuesto que comprenden un agente aglutinante
polimérico y partículas coloidales cualquiera que sea el modo de
síntesis y de preparación de estas prefibras.
A tal efecto, el procedimiento de obtención de
fibras de material compuesto con mayor contenido en partículas
coloidales a partir de una prefibra que comprende un agente
aglutinante polimérico y partículas coloidales, según la invención,
se caracteriza porque se degrada en condiciones de temperaturas
próximas a la temperatura ambiente la estructura química de dicho
agente aglutinante polimérico de tal modo que se elimina al menos
parcialmente.
Este procedimiento podrá idealmente ser aplicado
para todo tipo de prefibra que comprende un agente aglutinante
polimérico y partículas coloidales y será adaptado especialmente en
caso de que la tasa de partículas coloidales en la prefibra sea
inferior a 30% en peso, lo que se vuelve especialmente delicado para
los procedimientos conoci-
dos.
dos.
En efecto, el hecho de recurrir a un tratamiento
suave de la prefibra permite poder utilizar prefibras cuya tasa de
partículas coloidales es bien inferior a la tasa normalmente
necesaria para poder realizar un tratamiento de eliminación del
agente aglutinante polimérico sin correr el riesgo de destruir o de
dañar la cohesión de la prefibra.
Más concretamente, el procedimiento según la
invención podrá ser aplicado para dicha prefibra de material
compuesto que contiene al principio al menos 10% en peso de
partículas coloidales.
En efecto, para tasas inferiores a 10% en
partículas coloidales, el procedimiento presenta dificultades
idénticas a las encontradas durante la aplicación de los
procedimiento corrientes de eliminación del agente aglutinante
polimérico corriendo el riesgo de desorganizar la cohesión de la
prefibra tratada.
Ventajosamente, el procedimiento según la
invención comprende una etapa de temple en o de exposición a un
agente degradante del agente aglutinante polimérico durante una
duración y para una concentración en agente determinadas por la
cantidad deseada de polímero restante.
Se controla así mucho mejor la eliminación del
polímero. Se pueden optimizar las propiedades de la fibra obteniendo
por ejemplo fibras que combinan a la vez unas buenas propiedades de
transporte eléctrico con unas buenas propiedades mecánicas.
Más concretamente, el procedimiento según la
invención aplica una degradación de dicho agente aglutinante
polimérico efectuada por una degradación química.
A este respecto, el procedimiento según la
invención aplica una degradación química obtenida con la ayuda de un
agente elegido entre los ácidos, los oxidantes y/o las enzimas.
Según una variante de aplicación del
procedimiento según la invención, la degradación de dicho agente
aglutinante polimérico se obtiene por fotoquímica.
Especialmente, el procedimiento según la
invención se podrá aplicar en un proceso tal que la etapa de
degradación va seguida de una etapa de lavado, de estirado y/o de
torsión de dicha fibra.
En este caso, el proceso tal como se describe
más arriba se podrá considerar como representante de la etapa final
de un proceso global de manufactura de fibras de material
compuesto.
Según otra variante del procedimiento según la
invención, el proceso puede representar más que un postratamiento de
prefibras de material compuesto en el sentido de la invención.
Según también otra variante de aplicación del
procedimiento según la invención, se impregna a continuación dicha
fibra de mayor contenido en partículas coloidales de un nuevo
polímero.
Este procedimiento permite por otro lado
intercambiar el polímero que se combina con las partículas
coloidales. En efecto, después de la eliminación química o
fotoquímica controlada, es posible sumergir la fibra en un nuevo
polímero. La eliminación del primer polímero permite tener al final
una cantidad mayor de polímero añadido después de la
fabricación.
Esta variante puede resultar especialmente
interesante cuando se desea combinar a la vez las propiedades de una
fibra con alto contenido en partículas coloidales y las propiedades
particulares de un polímero que es imposible utilizar directamente
en la línea de fabricación de las fibras de material compuesto, y,
en particular, en el marco de la utilización de un procedimiento de
hilado.
Preferentemente, el nuevo polímero se elige
entre los polímeros reticulables, funcionalizables,
termoendurecibles, pirolizables y/o conductores.
Como polímeros pirolizables, se pueden, en
particular, citar el poliacrilonitrilo (PAN), la celulosa y las
resinas polifenólicas que, por ejemplo, podrán posteriormente ser
transformados en carbono por un tratamiento térmico tal como en la
fabricación de fibra de carbono clásica. Se tendrá así acceso a
fibras de material compuesto carbono/nanotubos de carbono
potencialmente muy eficaces desde un punto de vista mecánico.
Preferentemente, se aplica el procedimiento
según la invención para un agente aglutinante polimérico constituido
de PVA.
Más preferentemente aún, el procedimiento según
la invención se adapta especialmente a las partículas coloidales que
son nanotubos.
Por fin, y aún más concretamente, el
procedimiento según la invención se adapta especialmente a los
nanotubos de carbono.
La presente invención se refiere también a las
fibras de material compuesto con alto contenido de partículas
coloidales procedentes de este procedimiento y en particular las
fibras de material compuesto que comprenden un agente aglutinante
polimérico y partículas coloidales caracterizadas porque combina a
la vez una resistencia mecánica y un contenido en partículas
coloidales superior a 70% en peso.
Las fibras según la invención combinan, por lo
tanto, resistencia mecánica y contenido en nanotubos de carbono. En
efecto, estas fibras se pueden curvar fácilmente sin romperse lo que
permite a la fibra ser más fácilmente utilizada en procedimientos de
aplicación tales como el tejido, el trenzado, la inclusión en un
material compuesto...
Más concretamente, las fibras de material
compuesto según la invención comprenden como partículas coloidales
los nanotubos.
Más concretamente aún, dichos nanotubos son
nanotubos de carbono.
Finalmente, la presente invención se refiere a
las aplicaciones de las fibras de material compuesto definidas más
arriba en el transporte eléctrico, transporte térmico,
almacenamiento y conversión de energía.
Más especialmente, las fibras según la invención
se utilizan para realizar captadores, accionadores y/o textiles
conductores.
Se realiza una prefibra de acuerdo con la
enseñanza de la patente francesa nº 2805179. Este procedimiento
consiste en ensamblar los nanotubos en el vertido de una solución
coagulante que puede ser una solución de polímero tal como una
solución acuosa de polivinil alcohol (PVA). Se forma en la salida de
hilera una prefibra poco densa constituida de nanotubos desenredados
y de PVA. Esta prefibra se extrae del agua para ser secada. Antes de
ser extraída del agua, puede ser pasada en baños de agua pura con el
fin de ser lavada por desorción parcial del PVA. A continuación,
durante el secado, la prefibra se contrae para formar una fibra más
fina, más densa y más resistente mecánicamente. La estructura de
esta fibra puede ser mejorada por métodos de estiramientos o de
torsiones. La fibra obtenida contiene una fracción no desdeñable de
polímero, incluso después del lavado en el agua pura. Para una fibra
hecha con el polivinil alcohol (PVA), la fracción de polímero es
aproximadamente del 50%, incluso después de varios lavados con el
agua pura. La resistividad eléctrica a temperatura ambiente de una
prefibra de nanotubos monopared, sintetizados por arco eléctrico y
no purificados, es aproximadamente de 1 Ohmio.cm, para una fibra
hecha a partir de una prefibra que haya sido sometida a un lavado
con el agua pura. Después de 6 lavados con el agua pura, la
resistividad desciende a 0,3 Ohmios.cm. Lavados suplementarios no
permiten una disminución significativa de la resistividad.
Para efectuar una eliminación del polímero
coagulante más controlada y en consecuencia para debilitar menos la
fibra final, la prefibra se templa en una solución que contiene un
agente químico que va a degradar el polímero y/o a contribuir en su
desorción de los nanotubos. Por ejemplo, se utilizan soluciones
ácidas u oxidantes fuertes. La prefibra se sumerge para degradar el
polímero y favorecer su desorción sin afectar a los nanotubos. El
tiempo de templado en el ácido permite de manera controlada degradar
y desorber más o menos polímero. A continuación la prefibra,
liberada en parte o totalmente del polímero, se puede lavar con agua
y secar como en el caso de una prefibra que contiene una gran
proporción de polímero. Esta fibra se podrá someter a
postratamientos y ser estirada o torcida para mejorar la
densificación o la alineación de los nanotubos a lo largo del eje de
la fibra.
Estos tratamientos se utilizan también para
intercambiar este polímero. Generalmente, es difícil impregnar
directamente una fibra que contiene una fracción importante de PVA
con un nuevo polímero. Después de la eliminación parcial o total del
PVA, en un ácido y/o un oxidante, la prefibra se puede sumergir en
un polímero líquido o una solución de polímero de tal modo que se
recubran los nanotubos con el nuevo polímero. La prefibra es
extraída a continuación de este baño, y se seca para constituir una
fibra más fina y más densa que contiene los nanotubos y el nuevo
polímero. Este procedimiento permite, por lo tanto, hacer una fibra
de material compuesto de muy alto contenido en nanotubos con
cualquier tipo de polímero, incluso con los que al principio no se
podían utilizar en el hilado. En las fibras de material compuesto
clásicas, es posible introducir los nanotubos directamente en un
polímero que se hilará. Sin embargo, este hilado directo no permite
introducir una gran cantidad de nanotubos en la fibra. En cuanto la
tasa de nanotubos sobrepasa 10% en peso, se vuelve muy difícil hacer
dispersiones homogéneas apropiadas al hilado, mientras que la
presente invención permite sobrepasar de manera amplia el 10%, y de
acceder a fibras de material compuesto que contienen entre 30 y 100%
de nanotubos (% en peso).
Los ejemplos que se describen a continuación se
realizan sobre prefibras de material compuesto de nanotubos de
carbono obtenidas por hilado según el procedimiento descrito en la
solicitud de patente francesa nº 02.805.179.
- \quad
- Prefibra obtenida por inyección de una solución de nanotubos en el vertido de una solución de PVA. Luego secado de la prefibra.
- \quad
- Nanotubos: sintetizados por arco eléctrico.
- \quad
- Solución de nanotubos: suspensiones que contienen 0,6% en peso de nanotubos y 1,2% de SDS (dispersante). La solución es homogenizada por ultrasonidos.
- \quad
- Solución de polímero coagulante: solución acuosa al 3% en peso de PVA (100.000 g/mol y tasa de hidrólisis 88%).
- \quad
- Caudal de inyección de la solución de nanotubos: 50 ml/h a través de un orificio cilíndrico de 0,5 mm de diámetro.
- \quad
- Velocidad de vertido de la solución PVA: 10 m/min.
\vskip1.000000\baselineskip
La prefibra formada en estas condiciones se
templa a continuación en distintos baños y se extrae para ser secada
y densificada. La resistividad eléctrica, r, se mide para atestar la
disminución de la tasa de polímero. Ésta es tanto más baja cuanto
más grande es la tasa de nanotubos ya que el PVA es un polímero
aislante y los nanotubos de carbono son conductores.
Se efectuaron algunos recocidos térmicos a
1000ºC bajo atmósfera inerte para obtener fibras de referencia.
Los resultados se dan en la tabla siguiente.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Como comparación, se utiliza una fibra preparada
según el mismo procedimiento de hilado, pero con un polímero
coagulante que no se degrada en presencia de ácido clorhídrico, tal
como un derivado catiónico hidrosoluble de poliacrilamida.
Este polímero es utilizable tal como se describe
en la solicitud de patente francesa nº 2805179 de la misma forma que
el PVA. Se induce la floculación de los nanotubos bajo vertido y se
presta, por lo tanto al hilado.
Se templa una prefibra formada con este polímero
en una solución acuosa de ácido clorhídrico, luego se lava y se seca
según los mismos protocolos que los utilizados para el PVA. Sin
embargo, contrariamente al caso del PVA, no hay mejora significativa
de la conductividad eléctrica, lo que prueba que el aumento de
conductividad en el caso del PVA no procede de una modificación de
los nanotubos (dopaje por ejemplo), sino de la degradación y de la
desorción del polímero en presencia de ácido clorhídrico.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta experiencia se efectúa sobre fibra secada
con una irradiación de radiaciones UV que permite también eliminar
polímero de manera más controlada que por un recocido térmico.
- -
- Algunas enzimas presentes en medio natural tienen la capacidad de degradar polímeros tales como el PVA. Estas enzimas se utilizan en general para sanear los lodos producidos en la industria textil, grandes consumidoras de polímeros, y que actúan modificando el polímero, luego catalizando la reacción de hidrólisis de una de las funciones del polímero modificado. Una enzima como Alcaligenes Faecalis KK314 permite este tipo de degradación con el PVA. Es posible prever la utilización de otras enzimas para el PVA o para otros polímeros.
\vskip1.000000\baselineskip
Los datos de conductividad eléctrica descritos
mas arriba ponen de manifiesto que la eliminación del polímero al
favorecer su degradación y/o su desorción por baños en soluciones
ácidas u oxidables o por tratamiento UV es real y da buenos
resultados. Además cuanto más largos sean los baños y más
concentrada es la solución en especies oxidantes o ácidos, más
fuerte es la eliminación.
La fotografía de la figura 1 pone de manifiesto
no obstante que las fibras obtenidas guardan una buena resistencia a
los esfuerzos perpendiculares. En efecto, las fibras se pueden
curvar fácilmente, sin que se rompan, contrariamente al caso de
fibras recocidas térmicamente.
Es posible eliminar el polímero antes de la
compactación y secado de la prefibra o bien después (ejemplos h e
i). En los dos casos, se obtiene una disminución neta de la
resistividad eléctrica.
Sin embargo, la eliminación antes del secado y
de la compactación presenta una oportunidad para introducir un nuevo
polímero y conseguir una fibra de material compuesto de muy alto
contenido en nanotubos con un polímero que no se había podido
introducir inicialmente. A título ilustrativo se dan dos ejemplos
con una resina epoxi termoendurecible y un polímero mineral de
sílice.
Fibras de material compuesto de nanotubos en
resinas orgánicas ya fueron realizadas por vía directa (introducción
de los nanotubos en la resina luego hilado de la resina cargada).
Este método no permite introducir una gran proporción de nanotubos
ya que es imposible hilar un polímero muy fuertemente cargado.
Según la invención, se templa la prefibra (de la
cual se eliminan parcial o completamente por vía fisicoquímica las
especies orgánicas presentes) en una solución que contiene la
resina. Así la resina impregna la prefibra.
Al controlar la concentración en resina en la
solución (de 0 a 100%) es posible controlar la cantidad de resina
absorbida. La prefibra impregnada se condensa secando para conducir
a una fibra que contiene una gran proporción de nanotubos. La resina
utilizada tiene un módulo de Young de 4 Gpa y es aislante. Se diluye
a 10% en peso en una solución de DMSO (dimetilsulfóxido). En
paralelo, la prefibra se introduce en un baño de DMSO luego se
sumerge en la solución de resina durante 10 minutos. La prefibra es
extraída de la solución y calentada a 180ºC durante 2 horas de tal
modo que se endurezca la resina. La fibra final, constituida por una
fracción importante de nanotubos, es conductora y su módulo de Young
es de 12 Gpa.
En el segundo ejemplo, se introduce la prefibra
en una solución hidroalcohólica de tetraetoxisilano (TEOS). El TEOS,
después de la hidrólisis, policondensa para formar una red
tridimensional de sílice (SiO_{2}). Esta red se forma durante el
secado de la fibra y permite conseguir una fibra de material
compuesto sílice/nanotubos que contiene una proporción importante de
nanotubos. Es posible volver la sílice mesoporosa por introducción
de tensioactivos (ejemplo bromuro de trimetilcetilamonio),
conservando al mismo tiempo las propiedades de conducción. Esta
combinación de propiedades es especialmente útil para las
aplicaciones electroquímicas (baterías, accionadores, captadores).
Es también posible inducir enlaces covalente entre los nanotubos y
la red mineral utilizando nanotubos previamente funcionalizados por
funciones químicas aptas para injertarse sobre los oligómeros de
sílice.
Este procedimiento muy simple permite en
realidad impregnar los nanotubos con cualquier polímero, mineral u
orgánico, en la medida en que no hay que dispersar los nanotubos en
el polímero para hilar la prefibra. El ensamblaje de los nanotubos
se efectúa de antemano, siendo el polímero incorporado a
continuación, no siendo requerida ninguna especificidad en cuanto a
su naturaleza. Este método permite numerosas posibilidades variando
los tipos de polímeros, su concentración y los tiempos de
tratamientos se utilizan monómeros, oligómeros o polímeros
reticulables que poseen funciones químicas aptas para injertarse en
nanotubos funcionalizados, es posible vincular los nanotubos y la
red polimérica de manera covalente.
El procedimiento según la invención se puede
aplicar a cualquier otra fibra de material compuesto realizada según
otros procedimientos. Es sin embargo necesario que el contenido en
nanotubos, antes de la eliminación del polímero, sea suficiente para
que la fibra guarde una determinada cohesión después de la
eliminación del polímero. Es necesario típicamente que los nanotubos
formen como mínimo una red percolada.
Claims (20)
1. Procedimiento de obtención de fibras de
material compuesto que contiene entre 30 y 100% de nanotubos que
son partículas coloidales a partir de una prefibra que comprende un
agente aglutinante polimérico y partículas coloidales,
caracterizado porque se degrada, en condiciones de
temperaturas del orden de la temperatura ambiente, la estructura
química de dicho agente aglutinante polimérico de tal manera a
eliminarlo al menos parcialmente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la tasa de partículas coloidales en la
prefibra es inferior a 30% en peso.
3. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque dicha prefibra
de material compuesto contiene al menos al principio 10% en peso de
partículas coloidales.
4. Procedimiento según una cualquier de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende una
etapa de temple en o de exposición a un agente degradante del agente
aglutinante polimérico durante una duración y para una concentración
en agente determinadas por la cantidad de polímero restante
deseada.
5. Procedimiento según una cualquier de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la degradación
de dicho agente aglutinante polimérico se efectúa por una
degradación química.
6. Procedimiento según la reivindicación 5
caracterizado porque dicha degradación química se obtiene con
la ayuda de un agente elegido entre los ácidos, los oxidantes y/o
las enzimas.
7. Procedimiento según una cualquier de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la degradación
de dicho agente aglutinante polimérico se efectúa por
fotoquímica.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la etapa de
degradación va seguido de una etapa de lavado, de estirado y/o de
torsión de dicha fibra.
9. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque representa la
etapa final de un proceso global de manufactura de fibras de
material compuesto.
10. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque representa un
postratamiento de fibras de material compuesto.
11. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se impregna a
continuación dicha fibra que contiene de 30 a 100% de partículas
coloidales de un nuevo polímero.
12. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque el nuevo polímero se elige entre los
polímeros reticulables, funcionalizables, termoendurecibles,
pirolizables y/o conductores.
13. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque dicho agente
aglutinante polimérico está constituida por PVA.
14. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dichas
partículas coloidales son nanotubos.
15. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque dichos
nanotubos son nanotubos de carbono.
16. Fibra de material compuesto que comprende un
agente aglutinante polimérico y partículas coloidales
caracterizada porque tiene un contenido en partículas
coloidales superior al 70% en peso.
17. Fibra según la reivindicación 16
caracterizada porque dichas partículas coloidales son
nanotubos.
18. Fibra según la reivindicación 17
caracterizada porque dichos nanotubos son nanotubos de
carbono.
19. Aplicación de las fibras de material
compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18 al
transporte eléctrico, al transporte térmico y/o al almacenamiento de
energía.
20. Utilización de las fibras de material
compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18 para
realizar captadores, accionadores y/o textiles conductores.
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