[實用新型]一種制備皮芯結構導電碳納米管復合纖維的裝置

有效

• 申請號: 201320423674.3
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN203382872U
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 劉瑋;趙鵬偉;許福軍;吳湘濟
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學;東華大學
• 主分類號: D01D5/34
• 分類號: D01D5/34;D01D13/00;D01F8/18;D01F8/10;D01F8/08;D01F8/16;D01F8/12;D01F8/14;D01F8/02;D01F1/09
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本實用新型涉及一種制備皮芯結構導電碳納米管復合纖維的裝置，具體說，是涉及一種以碳納米管纖維為芯層、以導電聚合物為皮層的皮芯結構導電碳納米管復合纖維的制備裝置。

背景技術

碳納米管自1991年被發現開始便成為科學研究的熱點，其研究現已涉及到化學、物理、生物、微電子、材料學等多個領域。碳納米管是一種典型的一維納米材料，分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，是由單層或多層石墨層結構圍繞中心按一定螺旋角卷曲而成的無縫納米級管，其具有高強度、超輕量的力學特性以及獨特的電學性質。為了能夠實現碳納米管在各個領域的應用，必須將碳納米管經過組裝或與其他材料復合形成宏觀尺度的材料，其中碳納米管纖維技術是最具潛力并且成果顯著的方向之一。

目前碳納米管纖維的制備方法有干法紡絲法，直接紡絲法以及濕法紡絲方法。干法紡絲方法是先采用化學氣相沉積法生長出微米級甚至毫米級碳納米管陣列，再從陣列中抽出一定寬度的碳納米管薄膜，然后通過加捻技術捻成纖維，這種方法又稱為兩步法。直接紡絲法是在高溫氣相反應合成連續碳納米管的過程中直接通過加捻制備碳納米管纖維，又稱為一步法。濕法紡絲則是將碳納米管粉體與高聚物混合成分散液，再經過擠壓通過凝固浴或者利用靜電紡絲方法制備，這種方法制備的碳納米管纖維含碳量較低，且力學及電學性能均較前兩種方法差。

干法紡絲和直接紡絲法方法獲得的碳納米管纖維強度（大于500MPa）和柔韌性均可與目前商用天然纖維或化學纖維相媲美，且其優異的導電性能更賦予了碳納米管纖維在智能紡織品領域的應用價值。由于碳納米管纖維直徑在5μm～20μm，使單根碳納米管纖維所承受的最大拉力僅為十幾厘牛，甚至幾個厘牛，且纖維表面碳納米管耐磨性較差，并不適合直接織造，因而將碳納米管纖維與聚合物復合成為進一步應用碳納米管纖維的必要條件。如中國專利CN101967699B中提到的高性能碳納米管纖維的制備方法，這種方法是在采用干法紡絲制備碳納米管纖維的過程中將陣列中抽取的碳納米管薄膜以熱固型聚酰胺酸/N-甲基吡咯烷酮溶液浸潤，經加捻后形成碳納米管/聚酰胺酸復合纖維，對其進行固化處理最終形成碳納米管/聚酰亞胺復合纖維。這種復合纖維的直徑較碳納米管纖維直徑并未有太大改變，復合纖維中聚酰亞胺的體積百分比僅為5%以下，且聚酰亞胺聚合物成網狀結構分散在復合纖維中。

實用新型內容

針對現有技術所存在的上述問題和應用需求，本實用新型的目的是提供一種制備皮芯結構導電碳納米管復合纖維的裝置。

為實現上述實用新型目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種制備皮芯結構導電碳納米管復合纖維的裝置，包括線軸Ⅰ、設有穿孔的容器、加熱裝置、導紗裝置和線軸Ⅱ，由線軸Ⅰ抽出的纖維依次經過設有穿孔的容器、加熱裝置和導紗裝置固定在線軸Ⅱ上，所述的線軸Ⅰ和線軸Ⅱ均連接有速控電機。

作為一種優選方案，所述的線軸Ⅰ、設有穿孔的容器、加熱裝置、導紗裝置和線軸Ⅱ依次自下至上垂直排布，所述的穿孔設置在容器底部的中心位置。

所述穿孔的直徑優選為30μm～100μm。

所述容器的材質為不銹鋼、玻璃或者聚四氟乙烯等耐腐蝕塑料。

所述的容器和加熱裝置可以為一組或多組。

使用上述裝置制備皮芯結構導電碳納米管復合纖維的方法，包括如下步驟：

a)配制導電聚合物溶液，備用；

b)將從線軸Ⅰ抽出的碳納米管纖維由穿孔穿過容器、依次經過加熱裝置和導紗裝置后固定在線軸Ⅱ上；

c)將步驟a)配制的導電聚合物溶液加入容器中，開啟速控電機，使碳納米管纖維以勻速經過導電聚合物溶液，并同時開啟加熱裝置，使形成的復合纖維快速固化；

d)使固化后的復合纖維經過導紗裝置被收集在線軸Ⅱ上。

所述的導電聚合物溶液的質量百分比濃度推薦大于1%，優選為5%～10%。

所述的導電聚合物溶液是由聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氨酯、尼龍、聚酯、纖維素、蠶絲中的至少一種與水、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲酰胺、甲酸、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、甲醇、溴化乙烯基三苯基鱗（又稱為Schweizer試劑）中的至少一種配制而成。

所述的導電聚合物溶液中還可適當的加入納米金屬顆粒（例如：納米銀顆粒）以提高復合纖維的導電性。

作為一種優選方案，步驟c)，控制容器中的導電聚合物溶液的深度始終保持在5mm，且控制碳納米管纖維以0.5mm/s～1mm/s的速度勻速經過導電聚合物溶液，及控制加熱區域的溫度為60～80℃。