[发明专利]一种碳纳米管纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管纤维的制备方法，包括如下步骤：1）从能够拉丝的碳纳米管阵列中拉出多根碳纳米管合股加捻，形成第一级碳纳米管束；形成第一级碳纳米管束的碳纳米管不超过1000根，和/或，第一级碳纳米管束的直径不超过50nm；2）将按照步骤1）方法制备的多根第一级碳纳米管束合股加捻，形成第二级碳纳米管束；3）将按照步骤2）方法制备的多根第二级碳纳米管束合股加捻，形成第三级碳纳米管束；4）将按照步骤3）方法制备的多根所述第三级碳纳米管束合股加捻，形成第四级碳纳米管束；5）将按照步骤4）方法制备的多根第四级碳纳米管束合股加捻，形成第五级碳纳米管束；以此类推，即制成；本发明方法能够有效改善碳纳米管以形成力学性能优良的碳纳米管纤维，且工艺简单易行。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种碳纳米管纤维的制备方法。

背景技术

在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管，又名巴基管。

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，韧性很高，导电性极强，场发射性能优良，兼具金属性和半导体性，强度比钢要高100倍，比重只有钢的1/6。因为性能奇特，被科学家称为未来的“超级纤维”，具有许多异常的力学、电学和化学性能，近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。

目前有很多碳纳米管复合纤维的研究较多，如碳纳米管/聚酰胺6复合纳米纤维（CN101845680B，具体公开了一种碳纳米管/聚酰胺6复合纳米纤维长丝纱的制备方法，包括如下步骤：(1)碳纳米管的预处理：(2)制备纺丝液：(3)制备浴液：将平平加O溶解于去离子水中制得质量百分比0.4～1.2％ 的浴液；(4)采用静电纺丝方法，将步骤(2)得到的纺丝液加入纺丝管中，连接高压电源的正极，将步骤(3)得到的浴液加入浴槽内，连接高压电源的负极，从纺丝管喷出的纺丝液在浴液中形成纤维束，集束后的纤维经卷绕成形获得初纺纱；(5)后处理：将步骤(4)得到的初纺纱在步骤(3)的浴液中进行湿拉伸，即得到所述碳纳米管/聚酰胺6复合纳米纤维长丝纱）。

又如高性能碳纳米管纤维的制备（CN101967699B，具体公开了一种高性能碳纳米管纤维的制备方法，该方法为：从可纺丝碳纳米管阵列中拉出碳纳米管薄膜，其后将碳纳米管薄膜以热固型聚酰胺酸/N-甲基吡咯烷酮溶液浸润，经加捻后形成碳纳米管/聚酰胺酸复合纤维，然后对碳纳米管/聚酰胺酸复合纤维进行固化处理，令该复合纤维中的聚酰胺酸形成具有网络状交联结构的聚酰亚胺，最终得到碳纳米管/聚酰亚胺复合纤维）等，然而上述专利述及的复合碳纳米管纱线力学性能均有所下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种改进的碳纳米管纤维的制备方法，其能够有效改善碳纳米管以形成力学性能优良的碳纳米管纤维，且工艺简单易行。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种碳纳米管纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

（1）从能够拉丝的碳纳米管阵列中拉出多根碳纳米管合股加捻，形成第一级碳纳米管束；

其中，形成所述第一级碳纳米管束的所述碳纳米管不超过1000根，和/或，所述第一级碳纳米管束的直径不超过50nm；

（2）将按照步骤（1）方法制备的多根所述第一级碳纳米管束合股加捻，形成第二级碳纳米管束；

（3）将按照步骤（2）方法制备的多根所述第二级碳纳米管束合股加捻，形成第三级碳纳米管束；

（4）将按照步骤（3）方法制备的多根所述第三级碳纳米管束合股加捻，形成第四级碳纳米管束；