[发明专利]高取向碳纳米管复合纤维、其制备方法与系统

权利要求书

1.一种高取向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，所述选定物质为水溶性的热塑性聚合物，所述水溶性的热塑性聚合物选自聚乙烯醇、聚乙二醇中的任意一种或两种的组合；

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，所述电解所产生的气体为氢气；

或者，直接将选定物质与包含电解质的水溶液混合，制得碳纳米管/选定物质复合纤维；

对所述碳纳米管/选定物质复合纤维进行致密化，以及，

对致密化后的碳纳米管/选定物质复合纤维的两端施加直流电流，进行电牵伸处理，并通过控制放卷速度和收卷速度的速度差实现对碳纳米管/选定物质复合纤维的连续化牵伸，获得高取向碳纳米管复合纤维。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述电解质为酸性电解质。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述电解质为硫酸。

4.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、过通孔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。

5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于包括：将致密化的碳纳米管/选定物质复合纤维的一端与直流电源的正极相连，另一端与直流电源的负极相连，通过调节电流使得选定物质达到高弹态，其中所述电流大小根据不同聚合物的高弹态的温度而定，以及，同时对所述碳纳米管/选定物质复合纤维施加牵伸力，使放卷速度小于收卷速度，通过选定物质的热运动和外力的诱导作用实现碳纳米管重排取向，从而实现碳纳米管复合纤维的连续化电牵伸。

6.根据权利要求5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0.2 m/mim~0.4 m/mim。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：经所述电牵伸处理后，碳纳米管纤维的牵伸率为8%~12%。

8.由权利要求1-7中任一项所述方法制备的高取向碳纳米管复合纤维，所述高取向碳纳米管复合纤维所含碳纳米管内部填充有选定物质，所述选定物质为水溶性的热塑性聚合物，所述水溶性的热塑性聚合物选自聚乙烯醇、聚乙二醇中的任意一种或两种的组合；

所述高取向碳纳米管复合纤维的平均拉伸应力在3 GPa以上，密度为0.6~1 g/cm³，模量为150~200 GPa；所述高取向碳纳米管复合纤维中选定物质的含量为20~70wt%。