[发明专利]提高碳纳米管纤维聚集体的拉伸强度的方法

说明书

本发明涉及一种提高碳纳米管(CNT)纤维聚集体的拉伸强度的方法，包括用氯磺酸(CSA)分散CNT纤维聚集体，然后进行热处理，其中在热处理时施加特定大小的张力，由此CNT纤维聚集体的排列水平和拉伸强度增加。

技术领域

本申请要求于2017年6月23日提交的韩国专利申请第10-2017-0079444号的优先权，其公开内容通过引用在此并入。

本发明涉及一种提高碳纳米管(CNT)纤维聚集体的拉伸强度的方法。

背景技术

碳纳米管(CNT)是其中由碳原子组成的六边形相互连接形成管的新材料。CNT具有与铜类似的导电性，并且具有与自然界中导热性最好的金刚石相同的导热性。CNT的强度高达铁的100倍，并且其电性能和热性能也很好。预计它将在许多行业，例如未来的电气和电子、信息通信、能源、生物、航空航天和运动领域中发挥作用。

CNT本身的机械强度，特别是拉伸强度，非常高，超过100GPa。然而，合成的CNT是长度短的短纤维，且在应用上受到限制。为了解决这个问题，最近研究了通过将为短纤维的CNT连接而形成为长纤维的CNT的聚集体的方法。

影响作为CNT聚集体的纤维的强度的变量包括CNT的长度和直径以及CNT之间的结合力。为了提高CNT纤维聚集体的拉伸强度，应增加构成CNT纤维的CNT之间的结合力。为此，必须减小CNT之间的距离。随着CNT之间的距离减小，CNT的排列度得到改善。

韩国专利申请第10-2016-0143313号提出了一种改善CNT排列度的方法，其通过向CNT聚集体施加物理力(超声波)以分散聚集体然后向聚集体施加张力以改善其排列度。然而，构成CNT聚集体的CNT缠结，因此难以将排列度提高到一定水平之上，并且拉伸强度的增加也不明显。本领域还已知将CNT以0.5重量％或更低的浓度溶解在氯磺酸(CSA)中以便CNT的良好分散，使得CNT可以加工成CNT纤维(参见，例如，VA Davis等人，NatureNanotechnology4,830-834(2009))。然而，首先合成CNT然后加工成CNT纤维的方法复杂并且CNT纤维的拉伸强度低。

因此，需要开发一种改善CNT聚集体的排列度和提高其拉伸强度的新方法。

发明内容

技术问题

本发明旨在通过使用更有效的方法而不使用超声波来改善CNT聚集体的排列度和提高其拉伸强度。

技术方案

在本发明中，使用具有特定强度的张力，而不使用超声波处理，超声波处理具有CNT分散度低并且CNT的拉伸强度改善不明显的问题。

具体地，在一个实施方式中，本发明提供了一种提高CNT纤维聚集体的拉伸强度的方法，包括以下步骤：

1)将CNT纤维聚集体分散在氯磺酸(CSA)中，

2)用用于除去CSA的溶剂处理分散在CSA中的CNT纤维聚集体，从而除去CSA；以及

3)对已除去CSA的CNT纤维聚集体进行加热处理，

其中，在步骤1)至3)的至少一个步骤期间同时施加张力，或者在步骤1)至3)中的至少一个结束之后接着施加张力，并且其中施加张力/tex的范围为2cN/tex至50cN/tex，或3cN/tex至40cN/tex，或5cN/tex至35cN/tex，或10cN/tex至30cN/tex。

在其他实施方式中，本发明提供了一种提高CNT纤维聚集体的拉伸强度的方法，包括以下步骤：

1)用氯磺酸(CSA)处理CNT纤维聚集体以分散构成CNT纤维聚集体的CNT，从而使聚集体松散，

2)对分散在CSA中的CNT纤维聚集体施加张力；