用于制造碳纳米管纤维的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于制造碳纳米管纤维的装置，该装置包括：圆筒形高温反应器主体，其具有反应区；入口，其用于使纺丝原料和载气进料至所述主体的反应区；加热器，其用于加热所述反应区；出口，其设置在所述主体的底部，以便排出碳纳米管纤维；卷绕机，其用于收集排出的碳纳米管纤维；导向器，其设置在所述出口和所述卷绕机之间；和电压供应器，其用于向所述导向器施加电压，其中，向排出的碳纳米管纤维施加电压以从所述碳纳米管纤维中除去杂质。

Device for producing carbon nanotube fibers

The invention relates to a device for producing carbon nanotube fibers, the device includes a cylindrical body having a high temperature reactor, reaction zone; entrance, for spinning raw materials and the reaction zone of carrier gas is fed to the main body; the heater for heating the reaction zone; export, set it in the bottom of the body, so that the discharge of carbon nanotube fibers; winding machine for collecting from carbon nanotube fibers; a guide disposed between the outlet and the winding machine; and the voltage supply for applying a voltage to the guide, the voltage applied to the discharge of carbon nanotubes fiber to remove impurities from the carbon nanotube fibers.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造碳纳米管纤维的装置
本申请要求于2015年7月24日提交的韩国专利申请第10-2015-0105189号和2015年7月24日提交的韩国专利申请第10-2015-0105176号的权益，其全部内容在此通过引用并入本申请。本专利技术涉及一种用于制造碳纳米管纤维的装置。
技术介绍
作为一种碳同素异形体的碳纳米管(CNT)是直径为几至几十nm，长度范围为几百μm至几mm的材料，并且自Iijima博士于1991年在“自然”杂志上报道以来，碳纳米管由于其优良的热、电和物理性能以及高的长径比，已被研究用于各种领域。这种碳纳米管具有由碳的sp2键引起的固有特性，比铁强并且比铝轻，并且表现出与金属相似的导电性。根据纳米管的壁数，碳纳米管主要被分成单壁碳纳米管(SWNT)、双壁碳纳米管(DWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)，并且根据它们的不对称性和手性具有锯齿形、扶手椅和手性构象。碳纳米管(CNT)纤维通过森林纺丝或直接纺丝来制造。森林纺丝法以催化剂沉积在基材上的方式进行，在与基材垂直的方向上合成CNT森林，并用镊子或带子拉伸在基材末端的CNT，由此CNT因CNT之间的范德华力而得以连接，从而纺成CNT纤维。这种方法的不利之处在于，因为不能实现连续的过程，使得不可能提高其生产率。与此同时，碳纳米管(CNT)纤维包含各种杂质。特别地，最丰富的杂质是无定形碳，其在气相中分解并在纤维的内部和外部形成。这种杂质会降低纤维的质量，并且必须除去。通常，无定形碳可以在400-500℃的温度下通过氧化除去。目前通过使纤维通过如加热炉的热源来进行无定形碳的去除。然而，因为必须使用昂贵的加热炉，这种方法对经济效益不利。此外，由于加热炉具有其长度的限制，因此必须提供多个加热炉以增加纤维的保留时间，从而对经济效益不利。或者，纤维通过反应器的移动速率降低，这也会不期望地降低生产率。因此，需要一种去除杂质的新方法。
技术实现思路
技术问题用于从碳纳米管(CNT)纤维中除去杂质的常规装置对经济效益不利并且使生产率劣化。因此，本专利技术意欲提供一种用于制造碳纳米管纤维的装置，其容易除去杂质并且具有简单的构造，从而产生经济效益。技术方案因此，本专利技术提供一种用于制造碳纳米管纤维的装置，其包括：圆筒形高温反应器主体，其具有反应区；入口，其用于使纺丝原料和载气进料至所述主体的反应区；加热器，其用于加热所述反应区；出口，其设置在所述主体的底部，以便排出碳纳米管纤维；卷绕机，其用于收集排出的碳纳米管纤维；导向器，其设置在所述出口和所述卷绕机之间；和电压供应器，其用于向所述导向器施加电压，其中，向排出的碳纳米管纤维施加电压以从所述碳纳米管纤维中除去杂质。在本专利技术优选的实施方式中，所述入口可包括用于注入纺丝原料的喷雾嘴和用于注入载气的分布板。此外，所述纺丝原料可以被配置为使得催化剂前体分散在液态或气态碳化合物中，并且所述纺丝原料可进一步包括催化剂活化剂。在本专利技术优选的实施方式中，所述载气可以是烃气、惰性气体、还原气体或它们的混合气体。有益效果根据本专利技术，用于制造碳纳米管纤维的装置能够通过碳纳米管纤维的焦耳加热容易地除去无定形碳。此外，根据本专利技术所述的用于制造碳纳米管纤维的装置具有简单的构造并且因此在经济上是有利的。根据本专利技术，所述用于制造碳纳米管纤维的装置能够获得具有高强度和弹性而无杂质的碳纳米管纤维。因此，可以预期本专利技术所述的碳纳米管纤维在以下方面是有用的：增强多功能复合材料，利用稳定的和可重复的压阻效应的变形和损坏传感器，高导电性传输线，以及需要具有高比表面积和优异的机械性能以及导电性的电化学装置，例如，用于检测生物材料的微电极材料、超电容器和螺线管。附图说明图1示意性地显示出包括杂质去除器的常规卷绕机；图2显示出根据本专利技术的实施方式的用于制造碳纳米管纤维的装置；图3显示出实施例1的碳纳米管纤维的SEM图像；图4显示出对比实施例1的碳纳米管纤维的SEM图像；和图5显示出对比实施例2的碳纳米管纤维的SEM图像。具体实施方式以下，将给出本专利技术的详细说明。以下描述仅用于说明本专利技术的实施方式，而不被理解为限制权利要求所定义的范围，即使其含有限制性的表达。在整个附图中，相同的附图标记将指相同或相似的部分。如在此使用的，术语“和/或”包括相关的列出项目的任意一个或组合。还应注意的是在本说明书中，“连接”或“耦合”指一个组件不仅可以直接耦合到另一个组件，而且还可以通过中间组件间接耦合到另一个组件。如在此使用的，单数形式也意欲包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解的是术语“包含”、“包括”、“具有”等，当用于本说明书时，指定所述特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合。如在此使用的，术语“碳纳米管纤维”指碳纳米管以纤维的形式生长或其中多个碳纳米管以纤维的形式熔合的所有情况。碳纳米管纤维产品的实例可包括溶液纺丝、阵列纺丝、气凝胶纺丝和/或膜捻合或加捻。在本专利技术中，使用化学汽相淀积(CVD)，以便碳纳米管纤维或带直接由纺丝原料进料至反应器后立即形成的碳纳米管气凝胶来纺织。直接的纺织法以如下方式进行：碳源中加入催化剂，并且以预定速率与载气一起进料至立式高温加热炉从而在加热炉中合成碳纳米管，并且连续制造仅由碳纳米管组成的碳纳米管纤维。在本专利技术中，催化剂前体是在催化反应系统中不包括在催化剂循环中而是变成活性催化剂(或产生活性催化剂)的材料，并且在本专利技术中，由催化剂前体形成催化剂，然后合成CNT。图1显示出具有杂质去除器的常规卷绕机，并且用于制造碳纳米管(CNT)纤维的常规装置通过使纤维通过如加热炉的热源来起到除去杂质的作用。然而，该方法需要使用昂贵的加热炉而对经济效益不利。本专利技术的专利技术人进行了广泛的研究，并且专利技术出一种用于使用焦耳加热制造碳纳米管纤维的装置，从而解决了常规的问题。具体地，所述用于制造碳纳米管纤维的装置包括：圆筒形高温反应器主体，其具有反应区；入口，其用于使纺丝原料和载气进料至所述主体的反应区；加热器，其用于加热所述反应区；出口，其设置在所述主体的底部，以便排出碳纳米管纤维；卷绕机，其用于收集排出的碳纳米管纤维；导向器，其设置在所述出口和所述卷绕机之间；和电压供应器，其用于向所述导向器施加电压，其中，向排出的碳纳米管纤维施加电压以从所述碳纳米管纤维中除去杂质。所述杂质可能是无定形碳。以下是参考附图对本专利技术的描述。图2显示出根据本专利技术的实施方式的用于制造碳纳米管纤维的装置，其包括：圆筒形高温反应器主体11，其具有反应区；入口10，其用于使纺丝原料和载气进料至所述主体的反应区；加热器13，其用于加热所述反应区；出口14，其设置在所述主体的底部，以便排出碳纳米管纤维；卷绕机16，其与所述出口相连；导向器15a、15b、15c，其设置在所述出口和所述卷绕机之间；和电压供应器17，其用于向所述导向器中的一些施加电压。在根据本专利技术所述的用于制造碳纳米管纤维的装置中，入口10可以进一步包括用于将纺丝原料供给至反应器主体11中的纺丝原料供给单元和用于供给所述载气的载气供给单元。并且，所述纺丝原料供给单元可包括用于使催化剂前体分散在气态或液态碳化合物中的混合部件和用于将所述混合部件中形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造碳纳米管纤维的装置，其包括：圆筒形高温反应器主体，其具有反应区；入口，其用于使纺丝原料和载气进料至所述主体的反应区；加热器，其用于加热所述反应区；出口，其设置在所述主体的底部，以便排出碳纳米管纤维；卷绕机，其用于收集排出的碳纳米管纤维；导向器，其设置在所述出口和所述卷绕机之间；和电压供应器，其用于向所述导向器施加电压，其中，向排出的碳纳米管纤维施加电压以从所述碳纳米管纤维中除去杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.24 KR 10-2015-0105176;2015.07.24 KR 10-2011.一种用于制造碳纳米管纤维的装置，其包括：圆筒形高温反应器主体，其具有反应区；入口，其用于使纺丝原料和载气进料至所述主体的反应区；加热器，其用于加热所述反应区；出口，其设置在所述主体的底部，以便排出碳纳米管纤维；卷绕机，其用于收集排出的碳纳米管纤维；导向器，其设置在所述出口和所述卷绕机之间；和电压供应器，其用于向所述导向器施加电压，其中，向排出的碳纳米管纤维施加电压以从所述碳纳米管纤维中除去杂质。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述导向器包括选自铜电极、钨电极、不锈钢电极、金电极和银电极的至少一种。3.如权利要求1所述的装置，其进一步包括设置在所述出口和所述卷绕机之间的气体分离器。4.如权利要求3所述的装置，其中，所述气体分离器包括选自水浴和手套箱的至少一种。5.如权利要求1所述的装置，其中，设置两个或更多个导向器。6.如权利要求5所述的装置，其中，至少两个导向器与所述电压供应器相连。7.如权利要求1所述的装置，其中，当设置三个或更多个导向器时，至少一个导向器被包括在所述气体分离器中。8.如权利要求1所述的装置，其中，所述电压供应器的电压范围从1至20V。9.如权利要求1所述的装置，其中，所述杂质包括无定形碳。10....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴有镇，李荣皓，金知恩，金注翰，崔用振，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR