[发明专利]碳纳米管纤维高温电加热的无氩气自保护方法及其应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管纤维高温电加热的无氩气自保护方法及其应用。该碳纳米管纤维高温电加热的无氩气自保护方法包括：向经保护溶剂浸润过的碳纳米管纤维或者表面涂覆有保护溶剂的碳纳米管纤维内通入电流，使所述碳纳米管纤维被加热至指定温度以上，以使所述保护溶剂被蒸发且在碳纳米管纤维周围形成保护性蒸汽气氛，从而将所述碳纳米管纤维与空气隔离。本发明实施例提供的一种碳纳米管纤维的加工方法只需要以保护溶剂浸润碳纳米管纤维，极大的降低了成本；且该碳纳米管纤维的加工方法所采用的装置结构简便，只需要将浸润后的纤维固定于拉拔(或牵伸)装置上即可，使得装置达到最简化。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管纤维的加工方法，特别涉及一种碳纳米管纤维高温电加热的无氩气自保护方法及其应用，属于碳纳米管纤维材料技术领域。

背景技术

现有技术中的碳纳米管纤维的高温电加热的方法主要包括在氩气保护或者真空装置下进行的。

真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热法：真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热装置的搭建方法包括:将碳纳米管纤维放入真空管中，纤维下方连接一重物起到牵伸作用，在纤维两头链接一电源；在实验时，需要先将真空管抽真空，之后通以一个高电流，使纤维在高温高电流下，会得到快速的牵伸以及碳纳米管间的键合，从而提高碳纳米管纤维的力学强度。

然而，真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热法存在如下缺点：

1)费用昂贵：真空装置的费用较为昂贵，其中实验室所用较小型分子泵机组的价格在5-10万，其他配套装置如真空传感器显示表、变径法兰、推板阀门、安装纤维的定制亚克力圆筒箱等的费用也达到2万，导致实验的成本、工业生产时的成本很高。

2)耗时长：在实验室中，真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热装置的搭建需要半个小时，抽真空大约需要一个小时，且由于抽真空装置的长度有限，每次可以增强的纤维长度很短，大约为10-20厘米，因此，需要大量的重复实验才可以做出所需数量的样品；同样，在工业生产中，由于需要批量生产，所需装置搭建时间、抽真空时间、自然会大大加长。

3)装置繁琐且对装置要求高：碳纳米管纤维的高温电加热装置的结构较为繁琐，且由于是真空环境，所以对装碳纳米管纤维所需的圆筒箱的密封程度、管壁厚度等都有较为严格的要求；

4)不利于批量生产及其产业化：由于装置昂贵，实验设备复杂且实验耗时较长使得此种方法的工业化收到的极大的限制，且突破难度较大。

氩气保护下的碳纳米管纤维高温电加热法：该方法是真空高温电加热法的简易版，其装置搭建与实验方法包括:将碳纳米管纤维放入一个石英管中，纤维下方连接一重物起到牵伸作用，在纤维两头链接一电源，在石英管的侧边连接一个气路，用来通入氩气；在实验时，需要先打开气路，将氩气通入石英管中两分钟以上，将石英管中的空气排出，之后通以一个高电流，使纤维在高温高电流下，得到快速的牵伸以及碳纳米管间的键合，从而提高碳纳米管纤维的力学强度。

然而，真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热法存在如下缺点：

1)该方法所使用的装置结构繁琐、安装费时，实验时装置搭建需要半个小时，每次实验需要提前通氩气两分钟以上，且由于装置的限制，每次只可以得到10-15厘米的样品，需要进行大量的重复实验才可以得到所需的样品数；

2)纤维力学增强效果不够理想，此种装置无法完全排除石英管中的氧气，使得纤维在高温电加热使局部烧毁，降低纤维的力学性能，另外，所制得的样品模量较大，使得纤维脆性很强，不利于纤维近一步的应用。

3)装置较为昂贵：一瓶40升氩气的费用在500-300元，实验中消耗氩气量较大，且随着实验次数的增加，消耗氩气的量也在逐步增加；

4)不利于批量生产产业化由于实验设备复杂，实验耗时较长且纤维增强后模量较大等缺点，使得此种方法的工业化受到较大的限制。

发明内容