CN106521971A - 提高碳纳米管纤维的性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高碳纳米管纤维的性能的方法，其中，所述方法包括：将所述碳纳米管纤维设置在工艺腔内，且所述碳纳米管纤维的外周表面与所述工艺腔内的气体接触；将所述工艺腔内空气排尽；将所述工艺腔内温度加热至预定温度；利用加压气体介质使所述工艺腔内压力达到预定压力；使得所述工艺腔内保持所述预定温度和所述预定压力预定时间。在本发明所提供的方法中，气体压力作用在所述碳纳米管纤维的外周表面上，可以使得所述碳纳米管纤维更加致密化。
Description
技术领域
本发明涉及对碳纳米管纤维的处理，具体滴，涉及一种提高碳纳米管纤维的性能的方法。
背景技术
碳纳米管纤维是一种新兴的导电材料，具有导电性好、密度低等有点，在结构材料以及功能材料领域有着极好的应用前景。但是，具有宏观尺寸的碳纳米管纤维与碳纳米管相比，无论是力学性能还是导电性能都有一定的差距。
因此，如何进一步提高碳纳米管纤维的性能成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高碳纳米管纤维的性能的方法，利用该方法能够提高碳纳米管纤维的力学性能和导电性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种提高碳纳米管纤维的性能的方法，其中，所述方法包括：
将所述碳纳米管纤维设置在工艺腔内，且所述碳纳米管纤维的外周表面与所述工艺腔内的气体接触；
将所述工艺腔内空气排尽；
将所述工艺腔内温度加热至预定温度；
利用加压气体介质使所述工艺腔内压力达到预定压力；
使得所述工艺腔内保持所述预定温度和所述预定压力预定时间。
优选地，所述预定温度在800℃至1000℃之间。
优选地，所述预定压力在100MPa至200MPa之间。
优选地，所述预定时间在1小时至3小时之间。
优选地，将所述碳纳米管纤维设置在工艺腔内的步骤包括：
将所述碳纳米管纤维的固定在支撑架上，所述支撑架包括间隔设置的第一支撑部和第二支撑部，所述碳纤维纳米管纤维被划分为至少一个处理单元，所述处理单元的一端固定在所述第一支撑部上，所述处理单元的另一端固定在所述第二支撑部上；
将固定有所述碳纳米管纤维的支撑架设置在所述工艺腔内。
优选地，所述支撑架的第一支撑部上设置有至少一个第一固定孔，所述第二支撑部上设置有至少一个第二固定孔，所述碳纳米管纤维能够穿过所述第一固定孔和所述第二固定孔，以固定在所述支撑架上。
优选地，所述加压气体包括氩气。
在本发明所提供的方法中，气体压力作用在所述碳纳米管纤维的外周表面上，可以使得所述碳纳米管纤维更加致密化。并且，利用气体对碳纳米管纤维进行加压，不会对碳纳米管纤维的表面造成损伤。也就是说，本发明相当于利用热等静压的方法对碳纳米管纤维进行致密化处理。经过致密化处理之后，可以提高碳纳米管纤维的力学强度和导电性能。
附图说明
图1是本发明所提供的提高碳纳米管纤维的性能的方法所用到的支撑架的第一种实施方式的示意图；
图2是本发明所提供的提高碳纳米管纤维的性能的方法所用到的支撑架的第二种实施方式的示意图；
图3是碳纳米管纤维未经处理时的扫描图片；
图4是实施例1获得的碳纳米管纤维的扫描图片，放大倍数为500倍；
图5是施例1获得的碳纳米管纤维的扫描图片，放大倍数为5000倍。
附图标记说明
100碳纳米管纤维 200支撑架
210第一支撑部 210a第一固定孔
220第二支撑部 220a第二固定孔
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。
本发明提供一种提高碳纳米管纤维的性能的方法，其中，所述方法包括：
S1、将所述碳纳米管纤维设置在工艺腔内，且所述碳纳米管纤维的外周表面与所述工艺腔内的气体接触；
S2、将所述工艺腔内空气排尽；
S3、将所述工艺腔内温度加热至预定温度；
S4、利用加压气体介质使所述工艺腔内温度达到预定温度；
S5、使得所述工艺腔内保持所述预定温度和所述预定压力预定时间。
在本发明所提供的方法的步骤S3中将所述工艺腔内的温度加热至预定温度，在本发明所提供的方法的步骤S4中，利用加压气体介质使所述工艺腔内温度达到预定温度。气体压力作用在所述碳纳米管纤维的外周表面上，可以使得所述碳纳米管纤维更加致密化。并且，利用气体对碳纳米管纤维进行加压，不会对碳纳米管纤维的表面造成损伤。也就是说，本发明相当于利用热等静压的方法对碳纳米管纤维进行致密化处理。经过致密化处理之后，可以提高碳纳米管纤维的力学强度和导电性能。
作为一种优选实施方式，所述工艺腔可以是热等静压炉的工艺腔。
优选地，可以通过向所述工艺腔内通入所述加压气体的方式来实现步骤S2。
在本发明中，对所述预定温度并没有特殊的要求，只要在该预定温度下能够使得所述碳纳米管纤维致密化即可。
优选地，所述预定温度在800℃至1000℃之间。进一步优选地，所述预定温度为900℃。
同样地，在本发明中，对所述预定压力的数值也没有特殊的限制，只要能够使得所述碳纳米管纤维密度增大即可。优选地，所述预定压力在100MPa至200MPa之间。在该预定压力下，既可以增加所述碳纳米管纤维的密度，又不会破坏碳纳米管纤维的结构。
优选地，所述预定时间在1小时至3小时之间。
在本发明中，对如何将所述碳纳米管纤维设置在工艺腔内并没有特殊的要求。例如，可以将碳纳米管纤维缠绕在工字形的支撑架上，然后将支撑架放入工艺腔内。为了避免所述支撑架变形，优选地，可以利用高温合金制造所述支撑架。
作为本发明的一种优选实施方式，支撑架200可以包括间隔设置的第一支撑部210和第二支撑部220，如图1和图2所示。
相应地，步骤S1包括：
S11、将碳纳米管纤维100的固定在支撑架200上，该支撑架200包括间隔设置的第一支撑部210和第二支撑部220，碳纤维纳米管纤维100被划分为至少一个处理单元110，该处理单元110的一端固定在第一支撑部210上，处理单元110的另一端固定在第二支撑部220上；
将固定有碳纳米管纤维100的支撑架200设置在所述工艺腔内。
如图1和图2所示，处理单元110除了两端之外的部分位于支撑架200的第一支撑部210和第二支撑部220之间的间隔中，也就是说，处理单元110的外周表面与所述工艺腔内的气体接触，因此，可以对所述处理单元110进行热等静压工艺。
在本发明中，对支撑架200的具体结构并没有特殊的限制。在图1中所示的实施方式中，支撑架200为工字形架，将碳纳米管纤维100缠绕在支撑架200上即可。
在图2中所示的实施方式中，支撑架200的第一支撑部210上设置有至少一个第一固定孔210a，第二支撑部220上设置有至少一个第二固定孔220a，碳纳米管纤维100能够穿过第一固定孔210a和第二固定孔220a，以固定在支撑架200上。
在本发明中，对加压气体也没有特殊的限制，只要能够对碳纳米管纤维进行加压，并且在所述预定温度下不与所述碳纳米管纤维，所述加压气体包括氩气。
在步骤S3中，可以在1小时内将所述工艺腔的温度升高至所述预定温度。
在步骤S5之后，可以对所述工艺腔进行降温，直至室温，排气后取出经过热等静压的碳纳米管纤维。
实施例
在本发明实施例中所用到的碳纳米管纤维试样为30cm长的碳纳米管纤维，如图3所示。其抗拉强度为350MPa，导电率为5.6×104S/m，所用到的支撑架为图2中所示的支撑架，其中，该支撑架由高温合金GH128制成。所述工艺腔为热等静压设备HIP 200的工艺腔。
实施例1
S1、将碳纳米管纤维100的一端固定在支撑架200的第一支撑部210的第一固定孔210a中，将碳纳米管纤维100的另一端固定在支撑架200的第二支撑部220的第二固定孔220a中，并使得碳纳米管纤维处于拉伸状态，虽然将设置有碳纳米管纤维100的支撑架200置入热等静压设备的工艺腔内，关闭炉门；
S2、向热等静压设备的工艺腔内融入氩气，以将所述工艺腔内空气排尽；
S3、升温，在1小时内将所述工艺腔内温度加热至900℃；
S4、继续通入氩气，使所述工艺腔内压力达到170MPa后停止；
S5、保温保压2小时；
S6、将所述工艺腔内的温度降低至室温，排气后取出所述碳纳米管纤维。
通过图4可看出，碳纳米管纤维被压扁，截面变小，通过图5可以看出，热等静压后的碳纳米管纤维的表面仍然完整，没有破损。经测试，热等静压后的碳纳米管纤维强度为680MPa，导电率提高至4.8×104S/m。
实施例2
利用实施例1中的方法对碳纳米管纤维进行处理，不同之处在于，在步骤S3中，将所述工艺腔内温度加热至800℃；在步骤S4中，使所述工艺腔内压力达到100MPa；在步骤S5中，保温保压1小时。
经测试，热等静压后的碳纳米管纤维强度为630MPa，导电率提高至5×104S/m。
实施例3
利用实施例1中的方法对碳纳米管纤维进行处理，不同之处在于，在步骤S3中，将所述工艺腔内温度加热至1000℃；在步骤S4中，使所述工艺腔内压力达到200MPa；在步骤S5中，保温保压3小时。
经测试，热等静压后的碳纳米管纤维强度为700MPa，导电率提高至4.5×104S/m。
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。
Claims (7)
1.一种提高碳纳米管纤维的性能的方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述碳纳米管纤维设置在工艺腔内，且所述碳纳米管纤维的外周表面与所述工艺腔内的气体接触；
将所述工艺腔内空气排尽；
将所述工艺腔内温度加热至预定温度；
利用加压气体介质使所述工艺腔内压力达到预定压力；
使得所述工艺腔内保持所述预定温度和所述预定压力预定时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定温度在800℃至1000℃之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预定压力在100MPa至200MPa之间。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述预定时间在1小时至3小时之间。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，将所述碳纳米管纤维设置在工艺腔内的步骤包括：
将所述碳纳米管纤维的固定在支撑架上，所述支撑架包括间隔设置的第一支撑部和第二支撑部，所述碳纤维纳米管纤维被划分为至少一个处理单元，所述处理单元的一端固定在所述第一支撑部上，所述处理单元的另一端固定在所述第二支撑部上；
将固定有所述碳纳米管纤维的支撑架设置在所述工艺腔内。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述支撑架的第一支撑部上设置有至少一个第一固定孔，所述第二支撑部上设置有至少一个第二固定孔，所述碳纳米管纤维能够穿过所述第一固定孔和所述第二固定孔，以固定在所述支撑架上。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加压气体包括氩气。
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