【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纳米管纤维丝束可控制备，具体为一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法。
技术介绍
1、碳纳米管具有优异的电学、热学和力学性能，其理论电导率高达108s·m-1，热导率3000w·m-1·k-1，拉伸强度可达100gpa。因而由碳纳米管组成的宏观体碳纳米管纤维，被视为理想的下一代导电纤维材料，有望应用于柔性传感器、高性能电缆、人造肌肉等诸多领域。但目前为止，碳纳米管纤维还未实现规模化应用，主要原因在于碳纳米管纤维的产率低且碳纳米管纤维的尺寸为微米级别，在大多数情况下无法满足应用需求。因此，如何改进碳纳米管纤维纺丝技术，提高碳纳米管纤维产率，制备高性能碳纳米管纤维丝束是实现其规模化应用的关键。
2、目前碳纳米管纤维的制备方法主要分为干法纺丝和湿法纺丝，而干法纺丝又可分为阵列纺丝法和浮动催化剂化学气相沉积直接纺丝。阵列纺丝法是首先在基底上生长超顺排碳纳米管垂直阵列，再将碳纳米管从阵列的一端抽出，在管间范德华力的作用下，碳纳米管首尾相连形成连续纤维(文献1：jiangk,liq,fans.nature,2002(6909).)。浮动催化剂化学气相沉积直接纺丝是将在高温反应区生成的碳纳米管直接抽出纺成连续的碳纳米管纤维(文献2：zhu,h.w.science,2002,296(5569):884-886.)。湿法纺丝是将经预处理的碳纳米管与氯磺酸按一定比例混合形成均匀的液晶纺丝液，再将纺丝液挤入凝固浴中形成碳纳米管纤维(文献3：vigolo b,penicaud a,coulon
3、然而，目前文献报道的湿法纺丝制备碳纳米管纤维技术均是单丝技术，纤维直径在20微米左右。这种小直径单根碳纳米管纤维限制了其实际应用场景，因此亟需开发一种连续制备碳纳米管纤维丝束的方法。目前，尚未有连续制备碳纳米管纤维丝束的技术报道，其主要原因是如何同时制备取向度高、连续性好、不发生粘丝现象的纤维丝束极具挑战性。
4、综上，为了实现碳纳米管纤维的实际应用，迫切需要开发一种可连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，突破碳纳米管纤维丝束连续制备的技术瓶颈，利用空气压缩机提供的稳定、可调、均匀的推进动力，结合高质量、大长径比碳纳米管液晶纺丝液的高粘度，实现连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，以高质量碳纳米管液晶纺丝液为原料，将其置于装料釜内，利用空气压缩机产生的均匀气压将液晶纺丝液经过多孔喷丝板压入丙酮凝固浴中，再经收卷装置连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束；高质量碳纳米管液晶纺丝液的粘度≥3000cp，碳纳米管液晶纺丝液中的碳纳米管长径比≥15000、拉曼光谱ig/id比≥80。
4、所述的气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的装置包括空气压缩机、装料釜、多孔喷丝板、凝固浴和收卷装置，具体结构如下：密闭的装料釜顶部通过管路连接空气压缩机，装料釜的底部通过管路连接多孔喷丝板，多孔喷丝板置于装料釜下方的凝固浴中，收卷装置的一端设置于凝固浴中且与多孔喷丝板的喷丝方向相对应。
5、所述的气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，采用空气压缩机产生的均匀压力将高质量碳纳米管液晶纺丝液从装料釜中压出，有利于高效利用装料釜体积并连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束，减少湿纺体系中残余的碳纳米管液晶纺丝液，空气压缩机压力在20～200mpa。
6、所述的气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，多孔喷丝板的孔数和内径可调，孔数为5～50个，孔内径为80～120μm。
7、所述的气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，收卷装置的收卷速率可调，通过调节该速率与空气压缩机压力，对纤维产生拉伸作用，有助于纤维中碳纳米管的取向化。
8、所述的气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，高电导率碳纳米管纤维丝束的根数在5～50，单根纤维直径为10～25μm，丝束直径为50～400μm，长度不受限。
9、所述的气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，高电导率碳纳米管纤维丝束的拉曼光谱ig/id比≥70，电导率最高达10ms/m，拉伸强度最高达4 gpa。
10、本专利技术的设计思想是：
11、本专利技术利用高质量、大长径比碳纳米管液晶纺丝液具有高粘度、易成型的特点，利用空气压缩机在多孔纺丝板上提供均匀、稳定的推进压力，将装料釜中的高质量碳纳米管液晶纺丝液经过多孔喷丝板均匀挤出进入丙酮凝固浴中，高粘度、定向的液晶纺丝液在喷丝孔的挤压剪切作用下进一步定向、密实化，喷丝板喷出的多根纤维分别在凝固浴中进行双扩散并固化，固化的多根纤维同时受到收卷装置同方向的牵伸作用，在出液面前并股形成碳纳米管纤维丝束，最后通过收卷装置收集获得高电导率碳纳米管纤维丝束。
12、本专利技术的优点及有益效果是：
13、1、本专利技术利用空气压缩机提供均匀稳定的推进压力，结合高质量、大长径比碳纳米管液晶溶液的高粘度特性，突破了高性能碳纳米管纤维丝束连续制备技术瓶颈，实现了高取向度、高电导率碳纳米管纤维丝束的连续制备。
14、2、本专利技术引入空气压缩机作为单壁碳纳米管液晶纺丝液从装料釜中挤出的动力来源，其压力连续可调；且相比传统活塞进料的方式，其不受装料釜尺寸的限制，有利于增大装料釜的尺寸，进而实现碳纳米管纤维丝束的连续制备；同时，由于气体的贯通性，有利于减少湿法纺丝体系中纺丝液的残留，提高材料的利用率。
15、3、本专利技术可制备高质量(拉曼光谱中的g峰与d峰的强度比ig/id值≥70)碳纳米管纤维丝束，电导率达到单丝的最高性能(10ms/m)。
16、4、本专利技术开发的高电导率碳纳米管纤维丝束的制备方法可应用于连续化生产，易实现规模化制备，有望在高性能电缆、柔性传感器、航空航天等领域获得重要应用。
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1.一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，以高质量碳纳米管液晶纺丝液为原料，将其置于装料釜内，利用空气压缩机产生的均匀气压将液晶纺丝液经过多孔喷丝板压入丙酮凝固浴中，再经收卷装置连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束；高质量碳纳米管液晶纺丝液的粘度≥3000cp，碳纳米管液晶纺丝液中的碳纳米管长径比≥15000、拉曼光谱IG/ID比≥80。
2.按照权利要求1所述的一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的装置包括空气压缩机、装料釜、多孔喷丝板、凝固浴和收卷装置，具体结构如下：密闭的装料釜顶部通过管路连接空气压缩机，装料釜的底部通过管路连接多孔喷丝板，多孔喷丝板置于装料釜下方的凝固浴中，收卷装置的一端设置于凝固浴中且与多孔喷丝板的喷丝方向相对应。
3.按照权利要求1所述的一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，采用空气压缩机产生的均匀压力将高质量碳纳米管液晶纺丝液从装料釜中压出，有利于高效利用装料釜体积并
4.按照权利要求1所述的一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，多孔喷丝板的孔数和内径可调，孔数为5～50个，孔内径为80～120μm。
5.按照权利要求1所述的一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，收卷装置的收卷速率可调，通过调节该速率与空气压缩机压力，对纤维产生拉伸作用，有助于纤维中碳纳米管的取向化。
6.按照权利要求1至5之一所述的一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，高电导率碳纳米管纤维丝束的根数在5～50，单根纤维直径为10～25μm，丝束直径为50～400μm，长度不受限。
7.按照权利要求1至5之一所述的一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，高电导率碳纳米管纤维丝束的拉曼光谱IG/ID比≥70，电导率最高达10MS/m，拉伸强度最高达4GPa。
...【技术特征摘要】
1.一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，以高质量碳纳米管液晶纺丝液为原料，将其置于装料釜内，利用空气压缩机产生的均匀气压将液晶纺丝液经过多孔喷丝板压入丙酮凝固浴中，再经收卷装置连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束；高质量碳纳米管液晶纺丝液的粘度≥3000cp，碳纳米管液晶纺丝液中的碳纳米管长径比≥15000、拉曼光谱ig/id比≥80。
2.按照权利要求1所述的一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的装置包括空气压缩机、装料釜、多孔喷丝板、凝固浴和收卷装置，具体结构如下：密闭的装料釜顶部通过管路连接空气压缩机，装料釜的底部通过管路连接多孔喷丝板，多孔喷丝板置于装料釜下方的凝固浴中，收卷装置的一端设置于凝固浴中且与多孔喷丝板的喷丝方向相对应。
3.按照权利要求1所述的一种气压均匀推进高质量液晶溶液连续制备高电导率碳纳米管纤维丝束的方法，其特征在于，采用空气压缩机产生的均匀压力将高质量碳纳米管液晶纺丝液从装料釜中压出，有利于高效利用装料釜体积并连续...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯鹏翔，张有权，刘畅，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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