[发明专利]一种表面长有CNTs的纤维或纤维布的低成本大规模连续生产工艺

说明书

本发明涉及纤维或纤维布改进技术领域，具体涉及一种表面长有CNTs的纤维或纤维布的低成本大规模连续生产工艺。具体包括以下步骤：(1)浸渍、干燥和固化：首先，采用卷对卷浸渍工艺对纤维或纤维布表面连续涂敷CNTs生长催化剂浆料，同时实现浆料的干燥和固化；(2)CNTs生长：采用卷对卷连续CVD生长工艺对表面涂敷有CNTs生长的催化剂浆料的纤维或纤维布进行生长CNTs。本发明的制备工艺简单易行，得到的是表面均匀分布碳纳米管的纤维或纤维布，由于碳纳米管的作用，改善了纤维或纤维布与基体之间的界面强度，使复合材料具有较好的力学性能；同时也改善了单一的碳纳米管与基体结合存在的问题。

技术领域

本发明涉及纤维或纤维布改进技术领域，具体涉及一种表面长有CNTs的纤维或纤维布的低成本大规模连续生产工艺。

背景技术

碳纳米管(CNTs)具有超强的力学性能、极大的长径比、良好的电学性能、很高的化学和热稳定性等，是一种理想的增强型功能化填料。但就目前的报道而言，碳纳米管增强聚合物的效果基本上都不好，离期望的增强效果还有很大差距，这主要是由于碳纳米管的分散及界面结合问题造成的。因此，对于聚合物/碳纳米管复合材料而言，如何均匀分散碳纳米管并增强碳纳米管与基体材料间的界面结合作用，是提高复合材料各项性能的关键。纤维或纤维布也是符合材料增强的重要选项，纤维和纤维布增强树脂的复合材料，由于纤维布层之间没有纤维，层间强度最弱，是该类材料的弱点，但是，由于单纯的纤维或碳纳米管作为增强材料都有所不足，在纤维或纤维布上生长碳纳米管成为了现在的一种重要的形式。然而，如何在纤维或纤维布上进行碳纳米管的生长，仍然是制约该方法应用的一个主要瓶颈，因此，为了扩大该方式的应用规模，提高碳纳米管在纤维或纤维布上生长的效率，并降低相关的成本，需要开发一种大规模连续生产工艺，以解决相关的瓶颈所带来的问题。

总之，在复合材料中，如果直接在树脂里添加CNT，效果有限，通过载体方式是一种重要解决手段，如纤维或纤维布为载体，但是，纤维或纤维布上CNT成长方法没有量化，成本高，导致不能大规模生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种表面长有CNTs的纤维或纤维布的低成本大规模连续生产工艺。本发明的目的是在对纤维不损伤或损伤极小的情况下，得到与纤维结合良好、在其表面均匀分布的CNTs，CNT与CNT的相互勾嵌结构实现微米直径纤维与碳纳米管协同增强的复合材料。在连续纤维表面和纤维布的表面生长碳纳米管可以增加纤维增强复合材料的层间剥离强度，解决了高强度复合材料更加宽广应用的主要瓶颈之一。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种表面长有CNTs的纤维或纤维布的低成本大规模连续生产工艺，具体包括以下步骤：

(1)浸渍、干燥和固化：首先，采用卷对卷浸渍工艺对纤维或纤维布表面连续涂敷CNTs生长催化剂浆料，同时实现浆料的干燥和固化；

(2)CNTs生长：采用卷对卷连续CVD生长工艺对表面涂敷有CNTs生长的催化剂浆料的纤维或纤维布进行生长CNTs。

作为优选，步骤(1)中的浸渍、干燥和固化所用设备依次由放卷机、收卷机、张力控制传感器、催化剂浆料浸渍槽和烘箱组成，烘箱的温度范围为60～180℃，干燥固化时间为5～30分钟。

作为优选，步骤(2)中CNTs生长所用生长炉依次包括放卷机、收卷机、张力控制传感器、氛围炉，氛围炉上设有气密封进出料口、氛围气体入口、碳源蒸汽入口和废气出口，氛围炉的炉温为500～700℃，生长时间为2～15分钟。

作为优选，所述氛围气体为氢气与惰性气体的混合气体，其中氢气的体积占比为0～30％，惰性气体为氩气或氮气。

作为优选，所述卷对卷连续CVD生长工艺所用碳源为乙醇、苯、甲苯、丙酮等。