[发明专利]一种导电碳纳米涂层玻璃纤维制备方法及装置

说明书

本发明公开一种导电碳纳米涂层玻璃纤维制备方法及装置，装置主要包括涂层可控制备装置、放丝装置、前处理装置、烘干装置、收卷装置及尾气处理装置等。其中，涂层可控制备装置内可做封闭处理，可通入惰性气体排除空气，涂层可控制备装置主要包括加热保温装置、加热仓、真空惰性气体输出装置、冷却装置及流量控制系统。本发明提出一种新的导电碳纳米涂层玻璃纤维制备方法及装备，能够实现碳纳米涂层玻璃长纤维连续化制备，达到导电导热性能，扩大材料的应用领域，利用固体聚合物作为碳源代替甲烷等气体，成本低；采用裂解化学沉积生长的方法，在玻璃纤维表面生长出碳纳米涂层，在制备涂层过程中通过控制工艺条件实现涂层的可控制备。

技术领域

本发明主要涉及导电玻璃纤维制备领域，尤其涉及一种导电碳纳米涂层玻璃纤维制备技术及装置。

背景技术

近年来，随着航空航天、微纳元件及电子器件等行业的快速发展，纤维增强材料也受到各行业及科研院所的重视，特别是以玻璃纤维为代表的无机非金属材料。然而，玻璃纤维主要是实现复合材料力学方面的增强效果，无法实现在特定环境要求的导电、导热及电磁屏蔽的性能，制约了玻璃纤维材料的进一步应用。

目前，针对于导电玻璃纤维的制备方面研究较少，中国专利CN106280371及CN106496881采用物理涂覆方法，将玻纤浸入含有导电物质溶剂中，在纤维表面涂覆导电物质制备了导电纤维；中国专利CN106830693采用在玻纤原料中加入导电金属再拉丝制备出导电纤维。以上两种方式是现有制备导电玻璃纤维的主要方法，但是工艺复杂，成本较高，不容易实现大规模制备与应用。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种导电碳纳米涂层玻璃纤维制备方法及装置，采用聚合物裂解气相沉积生长涂层的方法，可实现导电玻璃长纤维的连续制备。本发明以聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等固体聚烯烃类材料作为碳源，在无氧环境中采用激光或高温炉加热，固体聚合物碳源高温裂解，高分子材料的C-H键与C-C键断裂，得到游离的活性碳原子，碳原子在SiO₂上生长制备出碳化硅，并进一步生成石墨烯涂层，从而使玻璃纤维具有较高的导电性。本方法创新设计出表面涂层可控制备装置，可实现导电涂层厚度的可控制备；同时结合前处理装置，烘干加热装置以及收集装置等，形成导电玻璃长纤维连续制备生产线，能够实现导电玻璃长纤维的可控、连续、绿色制备。实现上述目的采用的方法为：第一步，将固体聚合物碳源PE等放入涂层可控制备装置的加热仓中，加热仓封闭；第二步，加热仓抽真空并通入惰性气体；第三步，采用激光或高温炉加热，使固体聚合物碳源高温加热裂解，得到游离的活性碳原子；第四步，玻璃纤维经前处理烘干后进入到涂层可控制备装置；第五步、涂层可控制备装置中加热仓内的活性碳原子在玻纤表面生长，最终制备出导电纳米涂层。

本发明一种导电碳纳米涂层玻璃纤维制备方法采用的装置主要包括涂层可控制备装置、放丝装置、前处理装置、烘干装置、收卷装置及尾气处理装置等。其中，涂层可控制备装置内可做封闭处理，可通入惰性气体排除空气，涂层可控制备装置主要包括加热保温装置、加热仓、真空惰性气体输出装置、冷却装置及流量控制系统。加热装置可采用电加热、等离子加热或者激光加热等对加热仓进行加热；加热仓内堆有聚乙烯等高分子材料；加热仓外部为保温装置；抽真空装置可对加热仓进行抽真空处理；冷却装置可产生冷气；流量控制系统可采用流量控制阀，流量控制系统可控制高分子材料分解产生物质流出量和冷气的排出量。

本发明一种导电碳纳米涂层玻璃纤维制备方法采用的前处理装置可对玻璃纤维原丝表面进行处理，可实现玻璃纤维表面的杂质去除，以及玻纤表面的改性。烘干装置可对表面处理后的玻璃纤维进行烘干处理，同时对纤维进行一定的预加热。

本发明一种导电碳纳米涂层玻璃纤维制备方法采用的放丝装置和收卷装置相互配合可控制玻璃纤维的涂层过程中的移动速度，同时提供给玻璃纤维一定的预紧力。