[发明专利]高性能碳纳米管复合纤维、其制备方法与系统

权利要求书

1.一种高性能碳纳米管复合纤维的制备方法，其特征在于包括：

以经水充分浸润的碳纳米管纤维作为阴极，并与阳极、电解液共同构建电化学反应体系，所述电解液为包含电解质和选定物质的水相体系，所述选定物质为热塑性聚合物，所述热塑性聚合物选自聚乙烯醇和/或聚丙烯酸；

使所述电化学反应体系通电，并使所述碳纳米管纤维在电解所产生的气体的作用下在径向和/或长度方向上产生均匀膨胀，同时使所述选定物质充分渗透入所述碳纳米管纤维中碳纳米管的内部，制得碳纳米管/选定物质复合纤维；

以及，对所述碳纳米管/选定物质复合纤维进行致密化、热牵伸处理，之后收集，制得高性能碳纳米管复合纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电解质包括可溶解的离子化合物，选自硫酸、氯化钠、氢氧化钠、硫酸锌、氢氧化钾、氯化钾中的任意一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述电解所述产生的气体选自氢气或氯气。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：在所述碳纳米管纤维上选定的两个工位之间施加电压，或者在所述碳纳米管纤维中通以电流，从而产生气体，继而使所述碳纳米管纤维在径向和/或长度方向上产生均匀膨胀至原碳纳米管纤维的400~2000倍，其中，该选定的两个工位沿长度方向分布在所述碳纳米管纤维上的不同位置处。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述电流大小为30~90mA。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：至少通过加捻、过拉丝模中的任一种方法使所述碳纳米管/选定物质复合纤维重新致密化。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于包括：将致密化的碳纳米管/选定物质复合纤维连续通过温度为60~150℃加热区域，并同时对所述碳纳米管/选定物质复合纤维施加牵伸力，使碳纳米管纤维内部的碳纳米管沿牵伸方向重排，从而使碳纳米管纤维逐步取向化、致密化，将所述致密化的碳纳米管/选定物质复合纤维连续通过加热区域时，采用的放卷速度小于收卷速度。

8. 根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述放卷速度与收卷速度的速度差为0.1 m/mim~0.3 m/mim。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：经所述热牵伸处理后，碳纳米管纤维的牵伸率为5%~10%。

10.由权利要求1-9中任一项所述方法制备的高性能碳纳米管复合纤维，所述高性能碳纳米管复合纤维所含碳纳米管内部填充有选定物质，所述选定物质为热塑性聚合物，所述热塑性聚合物选自聚乙烯醇和/或聚丙烯酸。

11. 根据权利要求10所述的高性能碳纳米管复合纤维，其特征在于：所述高性能碳纳米管复合纤维的力学强度为3~4.5 GPa，密度为0.8~1.2g/cm³，模量为100~200 Gpa；和/或，所述高性能碳纳米管复合纤维中选定物质的含量为5~50wt%。

12.一种高性能碳纳米管复合纤维的制备系统，应用于权利要求1-9中任一项所述的方法中，其特征在于包括：

浸润机构，其至少用以对碳纳米管纤维进行充分浸润；

电解-膨胀机构，其至少用以使碳纳米管纤维在电解所产生的气体的作用下在径向和/或长度方向上产生均匀膨胀，同时使选定物质充分渗透入所述碳纳米管纤维中碳纳米管的内部，制得碳纳米管/选定物质复合纤维；

致密化机构，其至少用以对所述碳纳米管/选定物质复合纤维进行致密化处理；

热牵伸机构，其至少用以对致密化的碳纳米管/选定物质复合纤维进行热牵伸处理；以及，

收集机构，其至少用以对热牵伸后所获高性能碳纳米管复合纤维进行收集。