[发明专利]一种高性能碳纳米管/碳复合纤维及其快速制备方法

权利要求书

1.一种高性能碳纳米管/碳复合纤维的快速制备方法，其特征在于包括：

在碳纳米管纤维纺织过程中和/或纺织完成后，以高残炭率聚合物的前驱体溶液充分浸润并加捻碳纳米管纤维，之后烘干除去碳纳米管纤维表面的溶剂，获得碳纳米管复合纤维，其中，所述高残炭率聚合物的前驱体溶液中采用的稀释剂选自乙醇、丙酮、苯、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的任意一种或两种以上的组合，所述高残炭率聚合物的前驱体溶液中采用的高残炭率聚合物选自聚丙烯腈、酚醛树脂、聚酰亚胺、沥青树脂、聚芳基乙炔树脂和聚苯并噁嗪树脂中的任意一种或两种以上的组合；

在空气气氛中，对所述碳纳米管复合纤维施加牵伸力并通以第一电流，致使所述碳纳米管复合纤维中的高残炭率聚合物的前驱体迅速发生交联固化，所述第一电流的大小足以使所述碳纳米管复合纤维的温度达到所述高残炭率聚合物的前驱体的交联固化温度，所述交联固化温度为100℃~300℃，所述第一电流的大小为0.01A~0.10A，向所述碳纳米管复合纤维中通入第一电流的时间为0.01 ms ~5 min，所述牵伸力为未碳化前碳纳米管复合纤维断裂载荷的1%~60%；

在保护性气氛中，对所述交联固化后的碳纳米管复合纤维施加所述牵伸力，同时向所述碳纳米管复合纤维中通入第二电流，从而使所述碳纳米管复合纤维中形成的聚合物碳化，制得高性能碳纳米管/碳复合纤维，所述第二电流的大小足以使所述碳纳米管复合纤维的温度达到所述聚合物的碳化温度，所述碳化温度为1000℃~2500℃，所述第二电流的大小为0.25A~0.40A，向所述碳纳米管复合纤维中通入第二电流的时间为0.01 ms ~5 min；

所述高性能碳纳米管/碳复合纤维具有高取向的致密结构，体密度达1.48～1 .75g/m³，所述高性能碳纳米管/碳复合纤维的比强度为1.2～1.45N/tex，电导率为3000S/cm～4700S/cm，比电导率为310～480S·m²/kg。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述保护性气氛为惰性气氛。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管纤维的制备工艺选自阵列纺丝法、溶液纺丝法和化学气相沉积纺丝法中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：组成所述碳纳米管纤维的碳纳米管选自单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高残炭率聚合物的前驱体溶液的浓度为0.1 wt%～50 wt%。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述浸润的方式选自浸泡方式和/或喷涂方式。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于：所述浸润的时间为1~30 min。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述烘干的温度为40℃~80℃。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述浸润、加捻、交联固化和碳化的操作是连续进行或分步进行。