[发明专利]一种批量生产碳纳米管纤维的方法

说明书

本发明属于纳米纤维制备技术领域，具体涉及一种批量生产碳纳米管纤维的方法。采用石英管内部具有蜂窝结构的大石英管或大石英管内套小石英管作为反应室，将碳源、催化剂、促进剂和水的混合溶液通过微量注射泵或雾化器注入载气气流中，在气流带动下进入石英管中，溶液先汽化再裂解成原子，裂解后的原子在气流带动下，进入到石英管的蜂窝内/小石英管中，在各个蜂窝内/小石英管内部分别生成筒状结构碳纳米管气凝胶，经机械缠绕，将筒状结构凝胶拉出石英管过水获得连续碳纳米管纤维。本发明制备的纤维直径较细，线密度较低；纤维质量增加，产量提高；强度较高，性能更好；可用于批量生产碳纳米管纤维。

技术领域

本发明属于纳米纤维制备技术领域，具体涉及一种批量生产碳纳米管纤维的方法。

背景技术

自碳纳米管被发现以来，CNTs以独特的一维管状结构及优异的电学性能、极高的热导率、良好的热稳定性和化学稳定性、低密度等优点引起了科学界不同领域专家们的广泛兴趣。然而要想更广泛地充分发挥CNTs优异的性能，必须将CNTs组装成宏观结构，如纤维、薄膜等。

高温化学气相沉积法制备碳纳米管纤维是目前最稳定的制备方法，化学气相沉积法可生产连续碳纳米管纤维，是一种可工业化制备纤维的方法。中国专利CN103628183A公开了一种多炉串联，多炉同时稳定连纺规模化生产碳纳米管纤维的方法，但该制备方法采用多炉串联，大大提高了生产成本。

发明内容

本发明提供了一种批量生产碳纳米管纤维的方法，该方法可以克服现有技术的缺点，实现碳纳米管纤维的批量生产。且该方法节约了能源，降低了生产成本。

本发明通过如下技术方案予以实现。

采用带有蜂窝状结构的大石英管或大石英管内套小石英管作为反应室，制备大批量的碳纳米管纤维。

将碳源、催化剂、促进剂和水(其中，碳源96.5％，催化剂1％，促进剂0.5％，水2％)的混合溶液用微量注射泵或雾化器注入载气气流中，在合成反应器(即带有蜂窝状结构的大石英管或大石英管内套小石英管的石英管)中进行反应，混合溶液先在大石英管的A区内完成汽化裂解，产生白色气凝胶状雾团，白色气凝胶状雾团在载气气流带动下进入到小石英管或蜂窝内，在小石英管或蜂窝区域B内生成黑色半透明筒状碳纳米管气凝胶，然后将机械臂由水箱伸入到小石英管中，接通电源，机械臂前端转动，将黑色半透明筒状碳纳米管气凝胶粘附在机械臂上，进行机械缠绕，机械缠绕后，再将机械臂收回，或人工用铁丝由水箱伸入到小石英管中，将黑色半透明筒状碳纳米管气凝胶拉出小石英管过水箱后，黑色半透明筒状碳纳米管气凝胶收缩成碳纳米管纤维，随后将纤维经过导丝锟缠绕在纺轴上缠绕成卷，获得连续碳纳米管纤维。

或裂解后产生的白色气凝胶状雾团在气流带动下，进入到石英管中的蜂窝结构内，在各个蜂窝内分别生成黑色半透明筒状碳纳米管气凝胶，然后将机械臂或人工用铁丝伸入到石英管的蜂窝中，缠绕黑色半透明筒状碳纳米管气凝胶，将其牵引出来，过水致密形成碳纳米管纤维。