[发明专利]箱体密封化学气相反应制备连续碳纳米管纤维的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，尤其涉及化学气相反应制备连续碳纳米管纤维的装置和方法。

背景技术

碳纳米管具有独特一维纳米结构和优异的电学、热学和力学性能，由其组装构成的宏观体连续的纤维在工程纤维、功能复合、生物传感和能量储存等领域有广泛潜在应用。将碳纳米管组装成连续碳纳米管纤维是实现其众多潜在应用的关键步骤。

目前，制备碳纳米管纤维的方法主要有化学气相反应、阵列纺丝和溶液纺丝方法。化学气相反应制备连续碳纳米管纤维是在碳纳米管合成过程中直接将碳纳米管组装成连续聚集体，为一步法，有望发展为连续碳纳米管纤维规模化制备，实现碳纳米管纤维的产业化。化学气相反应制备连续碳纳米管纤维是在高温反应器中先制备连续碳纳米管聚集体，在反应器后端实现对碳纳米管聚集体缠绕和处理，使其收缩变成碳纳米管纤维。高温反应器后端可通过法兰，气体或液体密封化学气相反应系统。

但是，法兰密封化学气相反应难实现制备连续碳纳米管纤维，纺丝空间和操作性都很差。气体密封可提供大碳纳米管纤维纺丝空间，但气相反应制备的碳纳米管聚集体非常轻，在经过用于密封的气流时会颤动，致使碳纳米管纺丝不稳定。液体密封与气体密封类似，可提供大的碳纳米管纤维纺丝空间，但碳纳米管纤维从密封液体中经过时与液体摩擦，摩擦容易造成碳纳米管纤维拉断，继而使得碳纳米管纤维纺丝不稳定。

因此，需要对现有技术进行改进来要提高化学气相反应制备碳纳米管纤维纺丝的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用以提高化学气相反应制备碳纳米管纤维纺丝稳定性的箱体密封化学气相反应制备连续碳纳米管纤维的装置和方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种箱体密封化学气相反应制备连续碳纳米管纤维的装置，包括用以供反应液体在载气流作用下催化热解反应生长碳纳米聚集体的高温化学气相反应器以及位于高温化学气相反应器后端用以密封高温化学气相反应器的箱体。

进一步的，所述箱体内设有用以往复运动至高温化学气相反应器后端牵引碳纳米聚集体的引丝杆以及位于高温化学气相反应器与引丝杆之间的用以缠绕碳纳米管纤维的纺轴。

进一步的，所述纺轴进行旋转或两维运动对所述碳纳米管纤维进行缠绕。

进一步的，所述箱体内设有用以向位于纺轴与高温化学气相反应器之间的碳纳米管聚集体喷射有机液体的箱体超声雾化器，所述有机液体为乙醇、甲醇、丙酮、乙二醇或苯的有机液体或所述几种有机液体的混合液体。

进一步的，所述箱体内还设有液体槽，所述液体槽内设有用以与碳纳米管聚集体接触的PVA水性溶液、聚碳硅烷的二甲苯溶液或乙醇液体。

进一步的，本发明还可采用如下技术方案实现本发明的目的：

本发明提供一种箱体密封化学气相反应制备连续碳纳米管纤维的方法，所述方法包括以下步骤：提供箱体密封化学气相反应制备连续碳纳米管纤维装置，所述装置包括高温化学气相反应器以及位于高温化学气相反应器后端用以密封高温化学气相反应器的箱体，所述箱体内设有可往复运动至高温化学气相反应器后端的引丝杆以及位于高温化学气相反应器与引丝杆之间的纺轴，反应液体进入高温化学气相反应器中催化热解反应生长碳纳米管，所述碳纳米管在气相中组装形成聚集体之后随载气流向高温化学气相反应器后移动，形成连续碳纳米管聚集体，所述碳纳米管聚集体在引丝杆牵引作用下进入箱体，致密成纤维后被纺轴缠绕，继而制得连续碳纳米管纤维。

进一步的，高温化学气相反应器与纺轴之间设有用以将有机液体雾化并向碳纳米管聚集体喷射的箱体超声雾化器，碳纳米管聚集体在到达纺轴前遇到所述雾化的有机液体致密成纤维，所述的超声雾化液体流量为1-500ml/min，所述超声雾化用的载气流流量为0-10L/min。

进一步的，纺轴转动过程中所述碳纳米管聚集体经过高分子液体，碳纳米管聚集体收缩成纤维，变成碳纳米管复合纤维。

进一步的，纺轴在电机带动下转动或进行两维运动，对碳纳米管纤维纺丝，所述的纺丝速度为2-100m/min。

本发明提供箱体密封化学气相反应制备碳纳米管纤维的装置和方法，所述箱体与高温化学气相反应器连接，提供足够大的空间提供碳纳米管聚集体各种处理，含自动引丝，致密、复合和纺丝等处理。箱体除提供足够大的空间供碳纳米管聚集体处理外，且使得碳纳米管聚集体在处理过程免受外界干扰，进而实现了稳定制备连续碳纳米管纤维。

附图说明

图1是本发明具体实施例1中的箱体密封化学气相反应制备连续碳纳米管纤维装置的示意图；