多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及碳纳米管复合材料技术领域，具体涉及多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法。其中，制备装置包括多个反应管、装有石墨烯分散液的容置槽、导向轮组件、带有通孔的组件以及加捻卷绕装置。与现有技术相比，本发明专利技术将反应管制备的碳纳米管聚集体在成型为纤维之前进入石墨烯分散液中进行充分浸润互相结合，同时收缩成型为单根碳纳米管复合纤维，这种经原位复合使碳纳米管与石墨烯的结合力更强，从而能够发挥碳纳米管和石墨烯二者的协同作用，最终得到的复合纤维整体的力学、电学等综合性能得到协同增强。

Preparation and preparation of multi tube preparation of carbon nanotube graphene composite fiber

【技术实现步骤摘要】
多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法
本专利技术涉及碳纳米管复合材料
，具体涉及多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法。
技术介绍
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有很多优异的力学、电学和化学性能。而石墨烯作为一种只有单原子层厚度的二维碳纳米材料，具有极高的载流子迁移率，良好的透光性和导电性，较好的半导体性，以及高的比表面积，在纳米电子器件，电极材料等领域具有广泛的应用前景。随着科技的发展，关于石墨烯与碳纳米管复合纤维的研究越来越深入，目的能够发挥石墨烯和碳纳米管的各自优点，使两者的性能最大化。而如何制备机械性能和光电性能优良的碳纳米管石墨烯复合纤维是目前材料界的研究热点。现有技术制备碳纳米管石墨烯复合纤维的方法，大多是先采用浮动化学气相沉积法即通过单一的反应管制备出碳纳米管聚集体，然后该碳纳米管聚集体成型为单根碳纳米管纤维，接着在成型的单根碳纳米管纤维上复合石墨烯形成单根碳纳米管石墨烯复合纤维，最后再通过加捻装置将多个单根碳纳米管石墨烯复合纤维加捻汇聚成一股较粗的碳纳米管石墨烯复合纤维。上述制备工艺中，为了获得具有不同直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维，主要采用以下两种方式对复合纤维的直径大小进行调节：一种方式是在最后加捻工序中调节，即先制备好单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后选择一定数量的单根碳纳米管石墨烯复合纤维通过加捻并股的方式汇聚成具有不同直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维；另一种方式是在制备单根碳纳米管纤维的工序中调节，即通过调节反应管的管径大小从而制备出具不同直径大小的单根碳纳米管纤维，最后经过加捻后即可获得不同直径大小的复合纤维。但是，专利技术人经研究发现，上述制备工艺存在以下亟待解决的问题：(1)在已成型的单根碳纳米管纤维上复合石墨烯而形成单根碳纳米管石墨烯复合纤维的制备过程，由于碳纳米管纤维已成型，再复合石墨烯时，石墨烯很难进入到碳纳米管的网络结构中，而只能包覆在已成型的碳纳米管纤维的最外层表面，由此所形成的复合纤维属于核壳结构，不能发挥碳纳米管和石墨烯材料两者的协同作用；(2)对于第一种调节复合纤维直径的方式，即将多个成型的单根碳纳米管石墨烯复合纤维通过加捻并股的方式汇聚成一股较粗的复合纤维，其虽然在直径上可以满足需求，但是，这种加捻并股的方式是通过纯机械作用力使多根碳纳米管石墨烯复合纤维汇聚成一股粗纤维，组成该粗纤维中的每根碳纳米管石墨烯复合纤维之间的结合力较弱，因而粗纤维整体性不强，其力学(如抗拉强度)、电学性能等，还不如单根碳纳米管石墨烯复合纤维的好。因此，最终得到的碳纳米管石墨烯复合纤维的力学、电学等综合性能均无法满足要求；(2)对于第二种调节复合纤维直径的方式，即通过增大反应管的管径来增大单根碳纳米管纤维直径的方式，由于受到化学催化反应条件等因素的限制，反应管管径尺寸的增大只能在一个小范围内进行调节，因而通过单一反应管管径调节单根碳纳米管纤维的直径大小受到限制，只能实现微调；此外，单一反应管所制备的单根碳纳米管纤维产量较低，而且反应管管径尺寸的增大与碳纳米管纤维的产率(即单位时间内制备单根碳纳米管纤维的量)的增长并不是成正比的，即通过增大反应管管径尺寸的方式对碳纳米管产率的提高影响不明显，因此，目前采用单一反应管所制备的碳纳米管纤维的产率较低，从而大大限制了碳纳米管纤维的广泛应用，无法满足大规模工业化生产的需求。
技术实现思路
针对现有技术存在上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置和制备方法,所制备的碳纳米管石墨烯复合纤维充分发挥碳纳米管和石墨烯两者的协同作用，使复合纤维整体的力学、电学等综合性能得到协同增强，而且复合纤维的直径可在较大范围内进行调节，产率得到显著提高。专利技术人经研究发现：用单一反应管制备出的碳纳米聚集体在成型为单根碳纳米管纤维之后再去复合石墨烯，石墨烯很难进入碳纳米管的网络结构中，只能包覆在已成型的纤维最外表面，不能发挥碳纳米管和石墨烯二者的协同作用，而且将采用这种工艺得到的多个单根碳纳米管石墨烯复合纤维再经过加捻并股的方式得到的一股粗纤维整体性不强，每根复合纤维之间的结合力较弱，其力学和电学等综合性能还不如单根复合纤维的。此外，专利技术人还发现，用单一反应管制备的单根碳纳米管纤维，由于受到反应条件的限制，即便使反应管管径增大至接近上限值，也并不能使制备的单根碳纳米管纤维的直径得到明显增大，因而难以通过增大反应管的管径来调节复合纤维的直径大小，而且单一反应管的产率低。发现以上问题后，专利技术人经过研究想到，反应管制备的碳纳米管聚集体在成型为纤维之前进入石墨烯分散液中进行充分浸润互相结合，同时在石墨烯分散液中收缩成型为单根碳纳米管复合纤维，这种经原位复合得到的单根碳纳米管复合纤维，使石墨烯能充分进入到碳纳米管的网络结构中，使碳纳米管与石墨烯的结合力更强，从而能够发挥碳纳米管和石墨烯二者的协同作用，并通过大量试验证明，最终得到的复合纤维整体的力学、电学等综合性能得到协同增强。此外，专利技术人摒弃了采用单一反应管以及如何尽可能增大反应管直径而增大碳纳米管纤维直径的固有思维，专利技术人经研究想到了另一种思路，如果采用多个反应管同时制备碳纳米管聚集体，不仅可以显著提高产率，而且可以通过调节反应管的数量来调节最终制备的复合纤维的直径大小，即多个反应管同时制备多个碳纳米管聚集体，然后同时进入石墨烯分散液复合并成型得到多个单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后选择所需数量的单根碳纳米管石墨烯复合纤维经过通孔合成一股，再经过后续的加捻卷绕得到所需直径大小的复合纤维，从而实现对复合纤维直径大小的调节。据此给出以下技术方案：提供多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，包括：多个用于合成碳纳米管聚集体的反应管；装有石墨烯分散液的容置槽，所述容置槽靠近所述反应管的出口端；导向轮组件，每个反应管合成的碳纳米管聚集体通过所述导向轮组件进入容置槽内浸润一定时间，使碳纳米管聚集体与石墨烯分散液复合并成型为单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维再通过所述导向轮组件离开所述容置槽；带有通孔的组件，用于多个所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维穿过所述通孔后汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维；加捻卷绕装置，用于使所述一股碳纳米管石墨烯复合纤维经过加捻卷绕后结合成一根具有一定直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维。其中，所述反应管设置为2～4个。其中，所述容置槽设置于所述反应管的出口端的下方，所述反应管的出口端垂直于石墨烯分散液的液面。其中，还包括套筒，所述反应管并排设置于所述套筒内或者所述反应管绕所述套筒圆周分布设置。其中，所述导向轮组件固定于所述容置槽，所述导向轮组件包括上导向轮和下导向轮，上导向轮位于石墨烯分散液的液面以下，下导向轮位于石墨烯分散液的液面以上。其中，所述通孔的孔径小于1毫米。其中，所述加捻卷绕装置包括用于使所述碳纳米管石墨烯复合纤维被卷绕收集的卷绕轴、用于驱动所述卷绕轴转动的卷绕驱动机构、用于使所述碳纳米管石墨烯复合纤维被加捻的加捻驱动机构。本专利技术还提供多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备方法，该制备方法是采用上述制备装置进行的，其包括以下步骤：a)多个反应管同时制备碳纳米管聚集体：向每个反应管本文档来自技高网...

【技术保护点】
多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：包括：多个用于合成碳纳米管聚集体的反应管；装有石墨烯分散液的容置槽，所述容置槽靠近所述反应管的出口端；导向轮组件，每个反应管合成的碳纳米管聚集体通过所述导向轮组件进入容置槽内浸润一定时间，使碳纳米管聚集体与石墨烯分散液复合并成型为单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维再通过所述导向轮组件离开所述容置槽；带有通孔的组件，用于多个所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维穿过所述通孔后汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维；加捻卷绕装置，用于使所述一股碳纳米管石墨烯复合纤维经过加捻卷绕后结合成一根具有一定直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维。

【技术特征摘要】
1.多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：包括：多个用于合成碳纳米管聚集体的反应管；装有石墨烯分散液的容置槽，所述容置槽靠近所述反应管的出口端；导向轮组件，每个反应管合成的碳纳米管聚集体通过所述导向轮组件进入容置槽内浸润一定时间，使碳纳米管聚集体与石墨烯分散液复合并成型为单根碳纳米管石墨烯复合纤维，然后所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维再通过所述导向轮组件离开所述容置槽；带有通孔的组件，用于多个所述单根碳纳米管石墨烯复合纤维穿过所述通孔后汇聚成一股碳纳米管石墨烯复合纤维；加捻卷绕装置，用于使所述一股碳纳米管石墨烯复合纤维经过加捻卷绕后结合成一根具有一定直径大小的碳纳米管石墨烯复合纤维。2.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述反应管设置为2～4个。3.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述容置槽设置于所述反应管的出口端的下方，所述反应管的出口端垂直于石墨烯分散液的液面。4.根据权利要求1至3任意一项所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：还包括套筒，所述反应管并排设置于所述套筒内或者所述反应管绕所述套筒圆周分布设置。5.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述导向轮组件固定于所述容置槽，所述导向轮组件包括上导向轮和下导向轮，上导向轮位于石墨烯分散液的液面以下，下导向轮位于石墨烯分散液的液面以上。6.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述通孔的孔径小于1毫米。7.根据权利要求1所述的多管制备碳纳米管石墨烯复合纤维的制备装置，其特征在于：所述加捻卷绕装置包括用于使所述碳纳米管石墨烯复合纤维被卷绕收集的卷绕轴、用于驱动所述卷绕轴转动的卷绕驱动机构、用于使所述碳纳米管石墨烯复合纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：童潇，葛爱雄，廖太明，
申请(专利权)人：东莞市明骏智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44