碳纳米管纤维的拉拔系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种碳纳米管纤维的拉拔系统，所述拉拔系统包括：至少一对绕丝辊，各对所述绕丝辊中的一者用于缠绕待拉拔的碳纳米管纤维，成对的所述绕丝辊中的另一者用于缠绕拉拔后的碳纳米管纤维；至少一个拉拔模具，每对所述绕丝辊对应一个或多个所述拉拔模具，所述拉拔模具能够设置在相应的一对所述绕丝辊的两个所述绕丝辊之间，所述拉拔模具包括模具本体，所述模具本体上形成有贯穿该模具本体的模孔，所述模孔的直径小于所述待拉拔碳纳米管纤维的直径。利用本实用新型拉拔系统对碳纳米管纤维进行拉拔使得碳纳米管纤维表面金属膜更加致密。
【专利说明】
碳纳米管纤维的拉拔系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及对碳纳米管纤维的处理，具体地，涉及一种对碳纳米管纤维进行拉拔的拉拔系统。
【背景技术】
[0002]碳纳米管纤维在具有高强、轻质、高导电等多种优点，作为一种新型材料有管饭的应用空间。目前市场上出售的碳纳米管纤维，因其致密程度不高，尚不能充分发挥碳纳米管的优异特性。
[0003]因此，如何提碳纳米管纤维的致密性成为本领域亟待解决的技术问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种碳纳米管纤维的拉拔系统，利用所述拉拔系统可以使得所述碳纳米管纤维更加致密。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供一种碳纳米管纤维的拉拔系统，其中，所述拉拔系统包括:
[0006]至少一对绕丝辊，各对所述绕丝辊中的一者用于缠绕待拉拔的碳纳米管纤维，成对的所述绕丝辊中的另一者用于缠绕拉拔后的碳纳米管纤维；
[0007]至少一个拉拔模具，每对所述绕丝辊对应一个或多个所述拉拔模具，所述拉拔模具能够设置在相应的一对所述绕丝辊的两个所述绕丝辊之间，所述拉拔模具包括模具本体，所述模具本体上形成有贯穿该模具本体的模孔，所述模孔的直径小于所述待拉拔碳纳米管纤维的直径;和
[0008]定型液喷涂机构，所述定型液喷涂机构能够设置在所述拉拔模具和用于缠绕拉拔后的碳纳米管的绕丝辊之间，且所述定型液喷涂机构能够向拔后的碳纳米管上喷涂定型液。
[0009]优选地，所述拉拔系统还包括传感器、控制器和驱动电机，所述驱动电机用于驱动成对的所述绕丝辊同步地转动，所述控制器的输入端与所述传感器的输出端相连，所述控制器的输出端与所述驱动电机的控制端相连，所述传感器用于检测连接在成对的所述绕丝辊之间的纤维上的张力，当所述张力超过预定值时生成感应信号，所述控制器接收到所述感应信号时生成控制信号，所述控制信号能够调节所述驱动电机减速。
[0010]优选地，所述拉拔系统还包括预处理装置，所述预处理装置能够对所述待拉拔的碳纳米管纤维的端部进行预处理，以使得所述待拉拔的碳纳米管纤维的端部的直径减小。
[0011]优选地，所述拉拔系统还包括加热组件，所述加热组件用于设置在所述定型液喷涂机构和用于缠绕拉拔后的碳纳米管的绕丝辊之间。
[0012]利用本实用新型所提供的拉拔系统对碳纳米管纤维进行拉拔，可以使得碳纳米管纤维更加致密，从而可以提高所述碳纳米管纤维的导电性。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型所提供的拉拔系统的示意图；
[0014]图2是一种未经过拉拔的碳纳米管纤维的扫描图片，其中，利用阵列纺丝法制得所述碳纳米管纤维；
[0015]图3利用本实用新型实施例1的方法对图2中的碳纳米管纤维进行一个道次的拉拔后的纤维的扫描图像；
[0016]图4是一种未经过拉拔的碳纳米管纤维的扫描图片，其中，利用气凝胶法制得所述碳纳米管纤维；
[0017]图5是对碳纳米管纤维进行两个道次的拉拔后的纤维的扫描图像。
[0018]附图标记说明
[0019]10、80:绕丝辊20:加热组件
[0020]30:碳纳米管纤维 40:定型液喷涂机构
[0021]50:传感器60:模具安装做
[0022]70:拉拔模具
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0024]如图1所示，本实用新型提供一种碳纳米管纤维的拉拔系统，其中，所述拉拔系统包括:
[0025]至少一对绕丝辊(图1中包括绕丝辊10和绕丝辊80)，各对所述绕丝辊中的一者用于缠绕待拉拔的碳纳米管纤维(图1中的绕丝辊80)，成对的所述绕丝辊中的另一者用于缠绕拉拔后的碳纳米管纤维(图1中的绕丝辊10);
[0026]至少一个拉拔模具70，每对所述绕丝辊对应一个或多个拉拔模具70，拉拔模具70能够设置在相应的一对所述绕丝辊的两个所述绕丝辊之间。拉拔模具70包括模具本体，所述模具本体上形成有贯穿该模具本体的模孔，所述模孔的直径小于所述待拉拔碳纳米管纤维的直径;和
[0027]定型液喷涂机构40，该定型液喷涂机构40能够设置在拉拔模具70和用于缠绕拉拔后的碳纳米管的绕丝辊(图1中的绕丝辊10)之间，且定型液喷涂机构70能够向拔后的碳纳米管上喷涂定型液，从而使得碳纳米管纤维保持拉拔后的尺寸，提高其稳定性。优选地，定型液的材料为乙醇或丙酮。
[0028]需要解释的是，每对绕丝辊可以对应一个拉拔模具70，也可以对应多个拉拔模具70。如果需要对碳纳米管纤维进行一个道次的拉拔，那么，每对绕丝辊对应一个拉拔模具70。如果需要对碳纳米管纤维进行多个道次的拉拔，那么，每对绕丝辊对应多个拉拔模具70，且多个拉拔模具的模孔的孔径各不相同。图5是对碳纳米管纤维进行两个道次的拉拔后的纤维的扫描图像。通过图5可知，经过拉拔的碳纳米管纤维的表面更致密，取向更一致。
[0029]在利用图1中所示的拉拔系统对碳纳米管纤维进行拉拔时，首先将待拉拔的碳纳米管纤维30缠绕在绕丝辊80上，然后在绕丝辊80上拾取待拉拔的碳纳米管纤维的自由端，将该自由端穿过拉拔模具70的模孔，然后将自由端固定在绕丝辊10上，随后驱动绕丝辊10和绕丝辊80同步地转动。此处同步转动是指，转动速度相同、转动方向相同。由于拉拔模具70的模孔的孔径小于待拉拔的碳纳米管纤维30的直径，因此，碳纳米管纤维30经过拉拔模具70的模孔的过程即为拉拔的过程。
[0030]经过拉拔之后，碳纳米管纤维致密化，从而可以提高碳纳米管纤维的导电率，并且，可以提高碳纳米管纤维尺寸的均匀性，进一步地提高碳纳米管纤维的导电率的均匀性。并且，在拉拔后的碳纳米管纤维表面喷涂定型液可以维持碳纳米管纤维的形貌，从而提高碳纳米管纤维的结构稳定性。
[0031]如果需要对碳纳米管纤维进行多个道次的拉拔，那么两个道次的拉拔之间，仅仅是绕丝辊的转动方向和/或转动速度不同，更换不同模孔的模具即可，因此，本实用新型所提供的拉拔系统适于对碳纳米管纤维进行连续拉拔，有利于工业上的批量生产。
[0032]优选地，所述拉拔系统还包括传感器40、控制器(未示出)和驱动电机(未示出)，所述驱动电机用于驱动成对的所述绕丝辊同步地转动，所述控制器的输入端与所述传感器的输出端相连，所述控制器的输出端与所述驱动电机的控制端相连，所述传感器用于检测连接在成对的所述绕丝辊之间的纤维上的张力，当所述张力超过预定值时生成感应信号，所述控制器接收到所述感应信号时生成控制信号，所述控制信号能够调节所述驱动电机减速。
[0033]所述预定值由碳纳米管纤维的强度决定，当连接在成对的绕丝辊之间的碳纳米管纤维的张力时，控制驱动电机减速，可以防止碳纳米管纤维断裂。
[0034]优选地，所述拉拔系统还包括预处理装置，所述预处理装置能够对所述待拉拔的碳纳米管纤维的端部进行预处理，以使得所述待拉拔的碳纳米管纤维的端部的直径减小，从而便于碳纳米管纤维穿过拉拔模具70的模孔。
[0035]在本实用新型中，对所述预处理装置的具体结构并没有特殊的限制，只要能够使得所述待拉拔的碳纳米管纤维的端部的直径减小即可。
[0036]为了便于储存，优选地，所述拉拔系统还包括加热组件20，该加热组件20用于设置在定型液喷涂机构50和用于缠绕拉拔后的碳纳米管的绕丝辊(图1中为绕丝辊10)之间。利用加热组件20对喷涂有定型液的碳纳米管纤维进行加热烘干，可以使得碳纳米管纤维表面的多余定型液蒸发，从而有利于拉拔、定型后的碳纳米管纤维的储存和运输。
[0037]作为本实用新型的另一个方面，提供一种利用本实用新型所提供的上述拉拔系统对碳纳米管纤维的进行拉拔的方法，其中，对于每对所述绕丝辊，其中一个所述绕丝辊上缠绕有所述待拉拔的碳纳米管纤维，所述方法包括至少一个道次的拉拔周期，每个所述拉拔周期包括:
[0038]从成对的所述绕丝辊中缠绕有所述待拉拔的碳纳米管纤维的一者上拾取所述待拉拔的碳纳米管纤维的自由端，并将所述自由端穿过相应所述拉拔模具的模孔，并固定在成对的所述绕丝辊中的另一者上；
[0039]驱动成对的所述绕丝辊同步地转动；
[0040]所述方法还包括在最后一个道次的拉拔周期中:
[0041]向拔后的碳纳米管上喷涂定型液。
[0042]在利用图1中所示的拉拔系统对碳纳米管纤维进行拉拔时，首先将待拉拔的碳纳米管纤维30缠绕在绕丝辊80上，然后在绕丝辊80上拾取待拉拔的碳纳米管纤维的自由端，将该自由端穿过拉拔模具70的模孔，然后将自由端固定在绕丝辊10上，随后驱动绕丝辊10和绕丝辊80同步地转动。此处同步转动是指，转动速度相同、转动方向相同。由于拉拔模具70的模孔的孔径小于待拉拔的碳纳米管纤维30的直径，因此，碳纳米管纤维30经过拉拔模具70的模孔的过程即为拉拔的过程。
[0043]经过拉拔之后，碳纳米管纤维致密化，从而可以提高碳纳米管纤维的导电率，并且，可以提高碳纳米管纤维尺寸的均匀性，进一步地提高碳纳米管纤维的导电率的均匀性。并且，在拉拔后的碳纳米管纤维表面喷涂定型液可以维持碳纳米管纤维的形貌，从而提高碳纳米管纤维的结构稳定性。
[0044]为了保证拉拔方法的顺利进行并防止碳纳米管纤维在拉拔过程中断裂，优选地，在驱动所述成对的所述绕丝辊同步地转动的步骤中，所述绕丝辊的转动速度设置为使得所述碳纳米管纤维的线速度为20毫米/分钟至100毫米/分钟。
[0045]作为本实用新型的一种优选实施方式，为了降低工艺难度，优选地，在每个所述拉拔周期中，所述待拉拔的碳纳米管纤维的直径至少比相应的所述模孔的直径大2微米。
[0046]作为本实用新型的一种【具体实施方式】，所述方法包括三个道次的拉拔周期；
[0047]第一个道次的拉拔周期中，所述碳纳米管纤维的线速度为40毫米/分钟至60毫米/分钟；
[0048]在第二个道次的拉拔周期中，所述碳纳米管纤维的线速度为20毫米/分钟至40毫米/分钟；
[0049]在第三个道次的拉拔周期中，所述碳纳米管纤维的线速度为10毫米/分钟至20毫米/分钟。
[0050]为了便于将碳纳米管纤维穿过拉拔模具，优选地，所述方法包括在第一个道次的拉拔周期之前进行的:
[0051]对所述碳纳米管纤维的端部进行预处理，以使得预处理后的所述碳纳米管纤维的端部的直径不小于第一个道次的所述拉拔模具的模孔的孔径。
[0052]优选地，所述方法包括多个道次的拉拔周期，所述方法包括在相邻两个道次的拉拔周期之间进行的:
[0053]控制所述绕丝辊反转;和/或，
[0054]所述方法还包括:
[0055]检测成对的所述绕丝辊之间的碳纳米管纤维受到的张力，当所述张力大于预定值时，控制所述绕丝辊减速。
[0056]进一步优选地，所述方法还包括在最后一个拉拔周期中进行的:
[0057]对喷涂有定型液的碳纳米管纤维进行烘干，烘干温度为100°C至200°C。
[0058]实施例
[0059]图2所示的是利用阵列纺丝法制得未经过拉拔的碳纳米管纤维，碳纳米管纤维直径为15ym，利用四探针法测得的导电率为2.8X107S/m，拉伸强度为600MPa。
[0060]图4所示的是利用气凝胶法纺丝活的的未经过拉拔的碳纳米管纤维，碳纳米管纤维直径为28ym，利用四探针法测得的导电率为3.5 X 107S/m，拉伸强度为300MPa。
[0061 ] 实施例1
[0062]利用图1中的拉拔系统对图2中的碳纳米管纤维进行拉拔，其中，拉拔模具的模孔直径为12微米。绕丝辊80上缠绕有待拉拔的碳纳米管纤维。
[0063]所述拉拔方法包括:
[0064]S1、从缠绕有所述待拉拔的碳纳米管纤维的绕丝辊80上拾取所述待拉拔的碳纳米管纤维的自由端，并将所述自由端穿过相应拉拔模具70的模孔，并固定在绕丝辊10上；
[0065]S2、驱动成对的所述绕丝辊同步地转动，使得碳纳米管纤维的线速度为60毫米/分钟；
[0066]S3、利用定型液喷涂机构40向拔后的碳纳米管上喷涂定型液，其中，定型液为乙醇；
[0067]S4、利用加热组件20对经过步骤S3的碳纳米管纤维进行烘干，温度喂100°C。
[0068]经过拉拔的碳纳米管纤维直径为12.Ιμπι，利用四探针法测得的导电率为5.0 X107S/m，拉伸强度为800MPa。由此可知，经过拉拔的碳纳米管纤维的导电率和强度均增加，并且，图3中所示的是实施例1中的经过拉拔的碳纳米管纤维。通过图3可知，经过拉拔的碳纳米管纤维的表面更加致密。
[0069]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种碳纳米管纤维的拉拔系统，其特征在于，所述拉拔系统包括: 至少一对绕丝辊，各对所述绕丝辊中的一者用于缠绕待拉拔的碳纳米管纤维，成对的所述绕丝辊中的另一者用于缠绕拉拔后的碳纳米管纤维； 至少一个拉拔模具，每对所述绕丝辊对应一个或多个所述拉拔模具，所述拉拔模具能够设置在相应的一对所述绕丝辊的两个所述绕丝辊之间，所述拉拔模具包括模具本体，所述模具本体上形成有贯穿该模具本体的模孔，所述模孔的直径小于所述待拉拔碳纳米管纤维的直径;和 定型液喷涂机构，所述定型液喷涂机构能够设置在所述拉拔模具和用于缠绕拉拔后的碳纳米管的绕丝辊之间，且所述定型液喷涂机构能够向拔后的碳纳米管上喷涂定型液。2.根据权利要求1所述的拉拔系统，其特征在于，所述拉拔系统还包括传感器、控制器和驱动电机，所述驱动电机用于驱动成对的所述绕丝辊同步地转动，所述控制器的输入端与所述传感器的输出端相连，所述控制器的输出端与所述驱动电机的控制端相连，所述传感器用于检测连接在成对的所述绕丝辊之间的纤维上的张力，当所述张力超过预定值时生成感应信号，所述控制器接收到所述感应信号时生成控制信号，所述控制信号能够调节所述驱动电机减速。3.根据权利要求1或2所述的拉拔系统，其特征在于，所述拉拔系统还包括预处理装置，所述预处理装置能够对所述待拉拔的碳纳米管纤维的端部进行预处理，以使得所述待拉拔的碳纳米管纤维的端部的直径减小。4.根据权利要求1或2所述的拉拔系统，其特征在于，所述拉拔系统还包括加热组件，所述加热组件用于设置在所述定型液喷涂机构和用于缠绕拉拔后的碳纳米管的绕丝辊之间。
【文档编号】D01D10/00GK205603732SQ201620274660
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月1日
【发明人】不公告发明人
【申请人】三河市浩运盛跃碳纳米科技有限公司