[发明专利]一种高性能碳纳米管纱线及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能碳纳米管纱线及其制备方法。所述制备方法包括：使两根以上碳纳米管纤维进入一通孔，并沿长度方向牵拉该两根以上碳纳米管纤维，使该两根以上碳纳米管纤维从所述通孔内连续通过，从而使该两根以上碳纳米管纤维被拉伸直且被所述通孔挤压收缩并同时充分浸润功能性高分子的溶液，形成一整体纱线。本发明未采用传统纺纱加捻方式，避免了加捻对碳纳米管纤维前期的强力损伤以及加捻造成纱线结构的不均匀性，减少纱线强力弱环；所制备纱线中纤维间界面结合力增强，纤维断裂的同时性提高，纤维强力利用率提高，且具有高强力及良好的柔韧性、热稳定性和耐摩擦性能。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管纱线的制备方法，特别涉及一种采用非加捻方式制备高性能碳纳米管纱线的方法，属于纳米复合材料技术领域。

背景技术

碳纳米管是21世纪的新型材料，具有高强度、超轻量的力学特性以及特殊的热学、电学性质。为了实现工程应用，现有技术将其组装成碳纳米管纤维，其是碳纳米管的一维宏观表现形式，一般直径为1～10μm左右，尺寸仍较小，且目前关于碳纳米管的研究方向和应用方向还都聚焦于纳米或微米尺寸，为了进一步发展和深化碳纳米管的宏观材料研究及应用，需要对其进行结构组装成为更宏观的材料，如碳纳米管纱线，使其成为工业及工程方面的可以大量使用的应用型材料。

目前制备碳纳米管纱线的现有技术中，专利CN105339535A公开了一种纱线制造装置，该装置主要是通过压缩空气的旋流对碳纳米管纤维组实施加捻形成纱线。

例如，一些期刊文章公开了多根碳纳米管纤维通过加捻方法制成碳纳米管股线或纱线的方法，参见H.E.Misak,S.Mall.Investigation into microstructure of carbonnanotube multi-yarn.Carbon 2014,72,321–327。该纱线制备方法采用三步法，第一步先采用加捻的方法将单根碳纳米管条带纺成碳纳米管纤维，第二步再将多根碳纳米管纤维合股加捻制成股线，第三步将多根股线再次合股加捻制成更宏观尺寸的碳纳米管纱线。制成的碳纳米管纱线的纵向形貌和横截面均能清晰的分辨出碳纳米管单根纤维，且纤维界面彼此清晰独立。

例如，一些期刊文章公开了树脂浸润复合法，参见Y.Shimamura,K.Oshima,K.Tohgo,et al.Tensile mechanical properties of carbon nanotube/epoxycomposite fabricated by pultrusion of carbon nanotube spun yarnpreform.Composites:Part A 2014,62,32–38。该方法是两步法，第一步将多壁碳纳米管阵列通过直接纺纱法得到碳纳米管纤维，然后将一束由七根初纺纤维组成的集合体浸泡在环氧树脂中并通过圆形模具，使用拉挤成型技术制备成直径约120μm的圆形多股碳纳米管纱线。制成的碳纳米高管纱线每根纤维之间的界面清晰可辨。