镀膜碳纳米管纤维的拉拔系统和方法与流程

本发明涉及对镀膜碳纳米管纤维的处理，具体地，涉及一种对镀膜碳纳米管纤维进行拉拔的拉拔系统和拉拔方法。

背景技术：

为了提高碳纳米管纤维的导电性能，可以在碳纳米管纤维的表面镀一层金属膜。但是，碳纳米管纤维上形成的金属膜比较疏松，连续性较差。

因此，如何提高镀膜的碳纳米管纤维表面的金属膜的致密性成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种镀膜碳纳米管纤维的拉拔系统和拉拔方法，利用所述拉拔系统可以使得所述镀膜碳纳米管纤维表面的金属膜更加致密。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种镀膜碳纳米管纤维的拉拔系统，其中，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镀膜碳纳米管纤维，成对的所述绕丝辊中的另一者用于缠绕拉拔后的镀膜碳纳米管纤维；

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镀膜碳纳米管纤维的直径。

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。

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镀膜碳纳米管纤维的端部进行预处理，以使得所述待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的端部的直径减小。

作为本发明的另一个方面，提供一种利用本发明所提供的上述拉拔系统对镀膜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镀膜碳纳米管纤维，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：

从成对的所述绕丝辊中缠绕有所述待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的一者上拾取所述待拉拔的镀膜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；

驱动成对的所述绕丝辊同步地转动。

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镀膜碳纳米管纤维的线速度为20毫米/分钟至100毫米/分钟。

优选地，在每个所述拉拔周期中，所述待拉拔的镀膜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。

优选地，所述方法包括两个道次的拉拔周期；

在第一个道次的拉拔周期中待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的膜为铜膜，且厚度为4毫米至6毫米，第一个道次的拉拔周期中，所述镀膜碳纳米管纤维的线速度为40毫米/分钟至60毫米/分钟；

在第二个道次的拉拔周期中，所述镀膜碳纳米管纤维的线速度为20毫米/分钟至30毫米/分钟。

优选地，所述方法包括两个个道次的拉拔周期；

在第一个道次的拉拔周期中待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的膜为铜膜，且厚度为6毫米至8毫米，第一个道次的拉拔周期中，所述镀膜碳纳米管纤维的线速度为30毫米/分钟至40毫米/分钟；

在第二个道次的拉拔周期中，所述镀膜碳纳米管纤维的线速度为10毫米/分钟至20毫米/分钟。

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：

对所述镀膜碳纳米管纤维的端部进行预处理，以使得预处理后的所述镀膜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。

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：

控制所述绕丝辊反转；和/或，

所述方法还包括：

检测成对的所述绕丝辊之间的镀膜碳纳米管纤维受到的张力，当所述张力大于所述预定值时，控制所述绕丝辊减速。

利用本发明所提供的拉拔系统对镀膜碳纳米管纤维进行拉拔，可以使得镀膜碳纳米管纤维表面金属膜更加致密，从而可以提高所述镀膜碳纳米管纤维的导电性。

附图说明

图1是本发明所提供的拉拔系统的示意图；

图2是一种未经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维的扫描图片，其中，碳纳米管纤维上的金属膜为铜膜；

图3利用本发明实施例1的方法对图2中的镀膜碳纳米管纤维进行一个道次的拉拔后的纤维的扫描图像；

图4是图3中纤维的放大图；

图5是利用本发明实施例2的方法对碳纳米管纤维进行一个道次的拉拔后的纤维的扫描图像；

图6是图5中纤维的放大图；

图7是另一种未经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维的扫描图片，其中，碳纳米管纤维上的金属膜为铜膜；

图8利用本发明实施例1的方法对图7中的镀膜碳纳米管纤维进行一个道次的拉拔后的纤维的扫描图像；

图9是图8中纤维的放大图。

附图标记说明

10、60：绕丝辊 20：镀膜碳纳米管纤维

30：模具安装座 40：传感器

50：拉拔模具

具体实施方式

以下结合附图对本发明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发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个方面，如图1所示，提供作为本发明的一个方面，提供一种镀膜碳纳米管纤维的拉拔系统，其中，所述拉拔系统包括：

至少一对绕丝辊(图1中，包括绕丝辊10和绕丝辊60)，各对所述绕丝辊中的一者用于缠绕待拉拔的镀膜碳纳米管纤维(图1中，绕丝辊10用于缠绕待拉拔的镀膜碳纳米管纤维)，成对的所述绕丝辊中的另一者用于缠绕拉拔后的镀膜碳纳米管纤维(图1中，绕丝辊60用于缠绕拉拔后的镀膜碳纳米管纤维)；

至少一个拉拔模具50，每对所述绕丝辊对应一个或多个拉拔模具50，拉拔模具50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镀膜碳纳米管纤维的直径。

需要解释的是，每对绕丝辊可以对应一个拉拔模具50，也可以对应多个拉拔模具50。如果需要对镀膜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50。如果需要对镀膜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50，且多个拉拔模具的模孔的孔径各不相同。

在利用图1中所示的拉拔系统对镀膜碳纳米管纤维进行拉拔时，首先将待拉拔的镀膜碳纳米管纤维20缠绕在绕丝辊10上，然后在绕丝辊10上拾取待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的自由端，将该自由端穿过拉拔模具50的模孔，然后将自由端固定在绕丝辊60上，随后驱动绕丝辊10和绕丝辊60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50的模孔的孔径小于待拉拔的镀膜碳纳米管纤维20的直径，因此，镀膜碳纳米管纤维20经过拉拔模具50的模孔的过程即为拉拔的过程。

经过拉拔之后，镀膜碳纳米管纤维上的金属膜致密化，从而可以提高镀膜碳纳米管纤维的导电率。

如果需要对镀膜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，本发明所提供的拉拔系统适于对镀膜碳纳米管纤维进行连续拉拔，有利于工业上的批量生产。

在本发明中，对如何设置拉拔模具50并没有特殊的限制，例如，在图1中所示的实施方式中，可以将拉拔模具50设置在模具安装做30上。

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。

所述预定值由镀膜碳纳米管纤维的强度决定，当连接在成对的绕丝辊之间的镀膜碳纳米管纤维的张力时，控制驱动电机减速，可以防止镀膜碳纳米管纤维断裂。

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镀膜碳纳米管纤维的端部进行预处理，以使得所述待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的端部的直径减小，从而便于镀膜碳纳米管纤维穿过拉拔模具50的模孔。

在本发明中，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镀膜碳纳米管纤维的端部的直径减小即可。

作为本发明的另一个方面，提供一种利用本发明所提供的上述拉拔系统对镀膜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镀膜碳纳米管纤维，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：

从成对的所述绕丝辊中缠绕有所述待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的一者上拾取所述待拉拔的镀膜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；

驱动成对的所述绕丝辊同步地转动。

如上文中所述，在利用图1中所示的拉拔系统对镀膜碳纳米管纤维进行拉拔时，首先将待拉拔的镀膜碳纳米管纤维20缠绕在绕丝辊10上，然后在绕丝辊10上拾取待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的自由端，将该自由端穿过拉拔模具50的模孔，然后将自由端固定在绕丝辊60上，随后驱动绕丝辊10和绕丝辊60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50的模孔的孔径小于待拉拔的镀膜碳纳米管纤维20的直径，因此，镀膜碳纳米管纤维20经过拉拔模具50的模孔的过程即为拉拔的过程。

经过拉拔之后，镀膜碳纳米管纤维上的金属膜致密化，从而可以提高镀膜碳纳米管纤维的导电率。

如果需要对镀膜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，本发明所提供的拉拔系统适于对镀膜碳纳米管纤维进行连续拉拔，有利于工业上的批量生产。

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镀膜碳纳米管纤维的线速度为20毫米/分钟至100毫米/分钟。将线速度设置在此范围内既可以顺畅地进行拉拔，获得较好的拉拔效果，还可以防止镀膜碳纳米管纤维上收到过大的张力。

优选地，在每个所述拉拔周期中，所述待拉拔的镀膜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，从而获得较好的拉拔效果，并且可以防止金属膜破裂。

在本发明中，对拉拔周期的道次并没有特殊的限制。

优选地，所述方法包括两个个道次的拉拔周期；

在第一个道次的拉拔周期中待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的膜为铜膜，且厚度为4毫米至6毫米，第一个道次的拉拔周期中，所述镀膜碳纳米管纤维的线速度为40毫米/分钟至60毫米/分钟；

在第二个道次的拉拔周期中，所述镀膜碳纳米管纤维的线速度为20毫米/分钟至30毫米/分钟。

具体地，最初的镀膜碳纳米管纤维上铜膜的厚度为6微米，第一道次的拉拔，镀膜碳纳米管纤维的线速度可以为60毫米/分钟。

第二个道次的拉拔周期中，镀膜碳纳米管纤维的线速度可以为30毫米/分钟。

优选地，所述方法包括两个个道次的拉拔周期；

在第一个道次的拉拔周期中待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的膜为铜膜，且厚度为6毫米至8毫米，第一个道次的拉拔周期中，所述镀膜碳纳米管纤维的线速度为30毫米/分钟至40毫米/分钟；

在第二个道次的拉拔周期中，所述镀膜碳纳米管纤维的线速度为10毫米/分钟至20毫米/分钟。

具体地，最初的镀膜碳纳米管纤维上铜膜的厚度为8微米，第一道次的拉拔，镀膜碳纳米管纤维的线速度可以为40毫米/分钟。

第二个道次的拉拔周期中，镀膜碳纳米管纤维的线速度可以为20毫米/分钟。

为了便于将镀膜碳纳米管纤维穿过拉拔模具的模孔，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：

对所述镀膜碳纳米管纤维的端部进行预处理，以使得预处理后的所述镀膜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。

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：

控制所述绕丝辊反转。

在这种情况中，上一个道次中用作放丝辊的绕丝辊在下一个道次中用作收丝辊。相应地，上一个道次中用作收丝辊的绕丝辊在下一个道次中用作放丝辊。

为了防止镀膜碳纳米管纤维断裂，优选地，所述方法还包括：

检测成对的所述绕丝辊之间的镀膜碳纳米管纤维受到的张力，当所述张力大于所述预定值时，控制所述绕丝辊减速。

实施例

图2和图3中所示的镀膜碳纳米管纤维上的金属膜为铜膜，铜膜厚度为6微米，利用四探针法测得的导电率为2.0×10⁷S/m，拉伸强度为500MPa。

图7中所示的镀膜碳纳米管纤维上的金属膜为铜膜，铜膜厚度为8微米，利用四探针法测得的导电率为2.3×10⁷S/m，拉伸强度为350MPa。

实施例1

利用图1中的拉拔系统对图2中的镀膜碳纳米管纤维进行拉拔，其中，拉拔模具的模孔直径为4微米。绕丝辊10上缠绕有待拉拔的镀膜碳纳米管纤维。

所述拉拔方法包括：

S1、从所述绕丝辊10上拾取所述待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的自由端，并将所述自由端，将其穿过拉拔模具50的模孔，并固定在成对的绕丝辊60上；

S2、驱动成对的绕丝辊10和绕丝辊60同步地转动，镀膜碳纳米管纤维的线速度为60毫米/分钟。

当经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维完全缠绕在绕丝辊60上之后，停止驱动电机。

经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维利用四探针法测得的导电率为2.7×10⁷S/m，拉伸强度为550MPa。由此可知，经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维的导电率和强度均增加，并且，图4和图5中所示的是实施例1中的经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维。通过图4和图5可知，经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维的表面金属膜更加致密。

实施例2

利用图1中的拉拔系统对镀膜碳纳米管纤维进行拉拔，其中，拉拔模具的模孔直径为2微米。本实施例中用到的镀膜碳纳米管纤维为实施例1中得到的经过一道次拉拔的镀膜碳纳米管纤维。

所述拉拔方法包括：

S1、从所述绕丝辊20上拾取所述待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的自由端，并将所述自由端，将其穿过拉拔模具50的模孔，并固定在成对的绕丝辊10上；

S2、驱动成对的绕丝辊10和绕丝辊60同步地转动，镀膜碳纳米管纤维的线速度为30毫米/分钟。

当经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维完全缠绕在绕丝辊60上之后，停止驱动电机。

经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维利用四探针法测得的导电率为3.8×10⁷S/m，拉伸强度为600MPa。由此可知，经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维的导电率和强度均增加，并且，图6和图7中所示的是实施例2中的经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维。通过图6和图7可知，经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维的表面金属膜更加致密。

实施例3

利用图1中的拉拔系统对图6中的镀膜碳纳米管纤维进行拉拔，其中，拉拔模具的模孔直径为6微米。绕丝辊10上缠绕有待拉拔的镀膜碳纳米管纤维。

所述拉拔方法包括：

S1、从所述绕丝辊10上拾取所述待拉拔的镀膜碳纳米管纤维的自由端，并将所述自由端，将其穿过拉拔模具50的模孔，并固定在成对的绕丝辊60上；

S2、驱动成对的绕丝辊10和绕丝辊60同步地转动，镀膜碳纳米管纤维的线速度为60毫米/分钟。

当经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维完全缠绕在绕丝辊60上之后，停止驱动电机。

经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维利用四探针法测得的导电率为3.5×10⁷S/m，拉伸强度为480MPa。由此可知，经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维的导电率和强度均增加，并且，图8和图9中所示的是实施例3中的经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维。通过图8和图9可知，经过拉拔的镀膜碳纳米管纤维的表面金属膜更加致密。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明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发明的保护范围。