[发明专利]一种高强度碳纳米管纤维的制备装置

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管纤维的制造设备技术，具体为设计了一种锥形漏斗式假捻器，在制备碳纳米管纤维过程中，对网络状初生碳纳米管纤维进行假捻加工，以增强其抱合力，使纤维结构致密化，制备出高强度碳纳米管纤维。

背景技术

以含有金属催化剂的碳氢液作为碳源，注入到高温立管式反应器中，在一定条件下，在气流中生长的碳纳米管形成连续的网络状碳管积聚体纤维，如何提高这些网络状碳管积聚形成的初生纤维的强度，从封闭的高温反应器中顺利引出，以能够承受进一步的后处理是制备均匀连续的高强度碳管纤维的技术难点之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，设计一种能够提高网络状初生碳管纤维强度的装置，它由立管式反应器、水封槽、假捻器、导丝辊、卷绕机及循环水泵组成，其特征为假捻器是一个带有挂丝豁口的锥形漏斗，它被安装在水封槽内的水中，锥形漏斗的上端正对着立管式反应器的出口，对网络状初生碳管纤维进行假捻加工，目的是增强网络状碳管纤维的抱合，提高其初生纤维的强度，以能够承受进一步的后处理，制备均匀连续的高强度碳管纤维。使锥形漏斗旋转的方法可以采用在漏斗的竖管上安装水轮由循环水泵的出水管的水流推动其旋转，以水流速度控制其旋转速度；或者采用在水封槽外的底部安装电动机，通过传动轴使其转动。

假捻加工的基本原理是：对纱线进行加捻时，纱线有S捻和Z捻的区别；当纱线两端固定，锭管旋转时，锭管上下两端的纱线会发生加捻作用，且捻向相反，捻回数相等；对不断向下运行的纱线加捻时，输入锭管的捻回在输出端立即发生解捻，因此这种加捻方式并不能得到真正的捻度，故称“假捻”，锭管也称为假捻器。

本发明装置在进行假捻加工时，首先将从立管式反应器中落下来的网络状碳管积聚体纤维在锥形漏斗的外侧通过挂丝豁口进入内侧，再从锥形漏斗中心管流出，当锥形漏斗旋转时，立管式反应器中的疏松的碳管积聚体纤维跟着旋转，即对其进行了加捻加工，疏松的碳管积聚体纤维受到加捻作用时，结构将发生致密化，纤维的强度将随着捻度的增大而不断提高。虽然在锥形漏斗输出侧的纤维又发生解捻，这些纤维并没有得到真正的捻度，但纤维的强度得到大幅度提高的目的已经达到了。

附图说明

图1是高强度碳纳米管纤维的制备装置示意图；

图2是假捻工作原理示意图；

图3是锥形漏斗的工作原理示意图；

图4是锥形漏斗上的挂丝豁口示意图；

图5是锥形漏斗上转动涡轮结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。具体实施例只是为了进一步清楚说明本发明高强度碳纳米管纤维制备装置，不构成对本发明权利要求的限制。

本发明的高强度碳纳米管纤维制备装置由立式反应管1、水封槽2、锥形漏斗式假捻器3、导丝辊4、导丝辊5、卷绕机6及循环水泵7组成，如图1所示。对纱线进行加捻时，不同加捻方向纱线可获得S捻或Z捻，如图2中(a)(b)所示；对一段两端固定的纱线，用一锭管使中间旋转，会发生如图2(c)所示的现象：锭管上下的纱线加捻的捻回数相等，捻向相反；对正在自上而下运行的纱线来说，在锭管上端加的捻，在锭管下端被解掉，实际上输出端的纱线得不到真正的捻度，如图2(d)所示。锭管是假捻器中的一种形式。本发明的假捻器为锥形漏斗式，如图3所示。锥形漏斗上的挂丝豁口要光滑，在保证纤维不被磨损的同时，还要挂得住，其结构示意图如图4所示。锥形漏斗的竖管上安装水轮，依靠循环水泵的出水管的水流推动水轮旋转，水轮的结构示意图，如图5所示。

制备高强度碳纳米管纤维时，在高温立管式反应器1中形成的连续的网络状碳管积聚体纤维在锥形漏斗3的外侧通过挂丝豁口进入内侧，再从锥形漏斗中心管流出，旋转的锥形漏斗3将其上端纤维，即高温立管式反应器1中形成的连续的网络状碳管积聚体纤维进行加捻加工，适度的捻度使疏松的网络状纤维发生致密化，强度得到相应的提高，再经导丝辊导出至卷绕机卷绕成筒，得到高强度碳纳米管纤维。

本发明未述及之处适用于现有技术。