鍍膜碳納米管纖維的拉拔系統的製作方法

2023-04-23 10:42:22

本實用新型涉及對鍍膜碳納米管纖維的處理，具體地，涉及一種對鍍膜碳納米管纖維進行拉拔的拉拔系統。

背景技術：

為了提高碳納米管纖維的導電性能，可以在碳納米管纖維的表面鍍一層金屬膜。但是，碳納米管纖維上形成的金屬膜比較疏鬆，連續性較差。

因此，如何提高鍍膜的碳納米管纖維表面的金屬膜的緻密性成為本領域亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種鍍膜碳納米管纖維的拉拔系統，利用所述拉拔系統可以使得所述鍍膜碳納米管纖維表面的金屬膜更加緻密。

為了實現上述目的，本實用新型提供一種鍍膜碳納米管纖維的拉拔系統，其中，所述拉拔系統包括：

至少一對繞絲輥，各對所述繞絲輥中的一者用於纏繞待拉拔的鍍膜碳納米管纖維，成對的所述繞絲輥中的另一者用於纏繞拉拔後的鍍膜碳納米管纖維；

至少一個拉拔模具，每對所述繞絲輥對應一個或多個所述拉拔模具，所述拉拔模具能夠設置在相應的一對所述繞絲輥的兩個所述繞絲輥之間，所述拉拔模具包括模具本體，所述模具本體上形成有貫穿該模具本體的模孔，所述模孔的直徑小於所述待拉拔鍍膜碳納米管纖維的直徑。

優選地，所述拉拔系統還包括傳感器、控制器和驅動電機，所述驅動電機用於驅動成對的所述繞絲輥同步地轉動，所述控制器的輸入端與所述傳感器的輸出端相連，所述控制器的輸出端與所述驅動電機的控制端相連，所述傳感器用於檢測連接在成對的所述繞絲輥之間的纖維上的張力，當所述張力超過預定值時生成感應信號，所述控制器接收到所述感應信號時生成控制信號，所述控制信號能夠調節所述驅動電機減速。

優選地，所述拉拔系統還包括預處理裝置，所述預處理裝置能夠對所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的端部進行預處理，以使得所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的端部的直徑減小。

利用本實用新型所提供的拉拔系統對鍍膜碳納米管纖維進行拉拔，可以使得鍍膜碳納米管纖維表面金屬膜更加緻密，從而可以提高所述鍍膜碳納米管纖維的導電性。

附圖說明

圖1是本實用新型所提供的拉拔系統的示意圖；

圖2是一種未經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維的掃描圖片，其中，碳納米管纖維上的金屬膜為銅膜；

圖3利用本實用新型實施例1的方法對圖2中的鍍膜碳納米管纖維進行一個道次的拉拔後的纖維的掃描圖像；

圖4是圖3中纖維的放大圖；

圖5是利用本實用新型實施例2的方法對碳納米管纖維進行一個道次的拉拔後的纖維的掃描圖像；

圖6是圖5中纖維的放大圖；

圖7是另一種未經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維的掃描圖片，其中，碳納米管纖維上的金屬膜為銅膜；

圖8利用本實用新型實施例1的方法對圖7中的鍍膜碳納米管纖維進行一個道次的拉拔後的纖維的掃描圖像；

圖9是圖8中纖維的放大圖。

附圖標記說明

10、60：繞絲輥 20：鍍膜碳納米管纖維

30：模具安裝座 40：傳感器

50：拉拔模具

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本實用新型，並不用於限制本實用新型。

如圖1所示，本實用新型提供一種鍍膜碳納米管纖維的拉拔系統，其中，所述拉拔系統包括：

至少一對繞絲輥(圖1中，包括繞絲輥10和繞絲輥60)，各對所述繞絲輥中的一者用於纏繞待拉拔的鍍膜碳納米管纖維(圖1中，繞絲輥10用於纏繞待拉拔的鍍膜碳納米管纖維)，成對的所述繞絲輥中的另一者用於纏繞拉拔後的鍍膜碳納米管纖維(圖1中，繞絲輥60用於纏繞拉拔後的鍍膜碳納米管纖維)；

至少一個拉拔模具50，每對所述繞絲輥對應一個或多個拉拔模具50，拉拔模具50能夠設置在相應的一對所述繞絲輥的兩個所述繞絲輥之間，所述拉拔模具包括模具本體，所述模具本體上形成有貫穿該模具本體的模孔，所述模孔的直徑小於所述待拉拔鍍膜碳納米管纖維的直徑。

需要解釋的是，每對繞絲輥可以對應一個拉拔模具50，也可以對應多個拉拔模具50。如果需要對鍍膜碳納米管纖維進行一個道次的拉拔，那麼，每對繞絲輥對應一個拉拔模具50。如果需要對鍍膜碳納米管纖維進行多個道次的拉拔，那麼，每對繞絲輥對應多個拉拔模具50，且多個拉拔模具的模孔的孔徑各不相同。

在利用圖1中所示的拉拔系統對鍍膜碳納米管纖維進行拉拔時，首先將待拉拔的鍍膜碳納米管纖維20纏繞在繞絲輥10上，然後在繞絲輥10上拾取待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的自由端，將該自由端穿過拉拔模具50的模孔，然後將自由端固定在繞絲輥60上，隨後驅動繞絲輥10和繞絲輥60同步地轉動。此處同步轉動是指，轉動速度相同、轉動方向相同。由於拉拔模具50的模孔的孔徑小於待拉拔的鍍膜碳納米管纖維20的直徑，因此，鍍膜碳納米管纖維20經過拉拔模具50的模孔的過程即為拉拔的過程。

經過拉拔之後，鍍膜碳納米管纖維上的金屬膜緻密化，從而可以提高鍍膜碳納米管纖維的導電率。

如果需要對鍍膜碳納米管纖維進行多個道次的拉拔，那麼兩個道次的拉拔之間，僅僅是繞絲輥的轉動方向和/或轉動速度不同，更換不同模孔的模具即可，因此，本實用新型所提供的拉拔系統適於對鍍膜碳納米管纖維進行連續拉拔，有利於工業上的批量生產。

在本實用新型中，對如何設置拉拔模具50並沒有特殊的限制，例如，在圖1中所示的實施方式中，可以將拉拔模具50設置在模具安裝做30上。

優選地，所述拉拔系統還包括傳感器40、控制器(未示出)和驅動電機(未示出)。所述驅動電機用於驅動成對的所述繞絲輥同步地轉動，所述控制器的輸入端與所述傳感器的輸出端相連，所述控制器的輸出端與所述驅動電機的控制端相連，所述傳感器用於檢測連接在成對的所述繞絲輥之間的纖維上的張力，當所述張力超過預定值時生成感應信號，所述控制器接收到所述感應信號時生成控制信號，所述控制信號能夠調節所述驅動電機減速。

所述預定值由鍍膜碳納米管纖維的強度決定，當連接在成對的繞絲輥之間的鍍膜碳納米管纖維的張力時，控制驅動電機減速，可以防止鍍膜碳納米管纖維斷裂。

優選地，所述拉拔系統還包括預處理裝置，所述預處理裝置能夠對所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的端部進行預處理，以使得所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的端部的直徑減小，從而便於鍍膜碳納米管纖維穿過拉拔模具50的模孔。

在本實用新型中，對所述預處理裝置的具體結構並沒有特殊的限制，只要能夠使得所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的端部的直徑減小即可。

作為本實用新型的另一個方面，提供一種利用本實用新型所提供的上述拉拔系統對鍍膜碳納米管纖維的進行拉拔的方法，其中，對於每對所述繞絲輥，其中一個所述繞絲輥上纏繞有所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維，所述方法包括至少一個道次的拉拔周期，每個所述拉拔周期包括：

從成對的所述繞絲輥中纏繞有所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的一者上拾取所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的自由端，並將所述自由端穿過相應所述拉拔模具的模孔，並固定在成對的所述繞絲輥中的另一者上；

驅動成對的所述繞絲輥同步地轉動。

如上文中所述，在利用圖1中所示的拉拔系統對鍍膜碳納米管纖維進行拉拔時，首先將待拉拔的鍍膜碳納米管纖維20纏繞在繞絲輥10上，然後在繞絲輥10上拾取待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的自由端，將該自由端穿過拉拔模具50的模孔，然後將自由端固定在繞絲輥60上，隨後驅動繞絲輥10和繞絲輥60同步地轉動。此處同步轉動是指，轉動速度相同、轉動方向相同。由於拉拔模具50的模孔的孔徑小於待拉拔的鍍膜碳納米管纖維20的直徑，因此，鍍膜碳納米管纖維20經過拉拔模具50的模孔的過程即為拉拔的過程。

經過拉拔之後，鍍膜碳納米管纖維上的金屬膜緻密化，從而可以提高鍍膜碳納米管纖維的導電率。

如果需要對鍍膜碳納米管纖維進行多個道次的拉拔，那麼兩個道次的拉拔之間，僅僅是繞絲輥的轉動方向和/或轉動速度不同，更換不同模孔的模具即可，因此，本實用新型所提供的拉拔系統適於對鍍膜碳納米管纖維進行連續拉拔，有利於工業上的批量生產。

優選地，在驅動所述成對的所述繞絲輥同步地轉動的步驟中，所述繞絲輥的轉動速度設置為使得所述鍍膜碳納米管纖維的線速度為20毫米/分鐘至100毫米/分鐘。將線速度設置在此範圍內既可以順暢地進行拉拔，獲得較好的拉拔效果，還可以防止鍍膜碳納米管纖維上收到過大的張力。

優選地，在每個所述拉拔周期中，所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的直徑至少比相應的所述模孔的直徑大2微米，從而獲得較好的拉拔效果，並且可以防止金屬膜破裂。

在本實用新型中，對拉拔周期的道次並沒有特殊的限制。

優選地，所述方法包括兩個個道次的拉拔周期；

在第一個道次的拉拔周期中待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的膜為銅膜，且厚度為4毫米至6毫米，第一個道次的拉拔周期中，所述鍍膜碳納米管纖維的線速度為40毫米/分鐘至60毫米/分鐘；

在第二個道次的拉拔周期中，所述鍍膜碳納米管纖維的線速度為20毫米/分鐘至30毫米/分鐘。

具體地，最初的鍍膜碳納米管纖維上銅膜的厚度為6微米，第一道次的拉拔，鍍膜碳納米管纖維的線速度可以為60毫米/分鐘。

第二個道次的拉拔周期中，鍍膜碳納米管纖維的線速度可以為30毫米/分鐘。

優選地，所述方法包括兩個個道次的拉拔周期；

在第一個道次的拉拔周期中待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的膜為銅膜，且厚度為6毫米至8毫米，第一個道次的拉拔周期中，所述鍍膜碳納米管纖維的線速度為30毫米/分鐘至40毫米/分鐘；

在第二個道次的拉拔周期中，所述鍍膜碳納米管纖維的線速度為10毫米/分鐘至20毫米/分鐘。

具體地，最初的鍍膜碳納米管纖維上銅膜的厚度為8微米，第一道次的拉拔，鍍膜碳納米管纖維的線速度可以為40毫米/分鐘。

第二個道次的拉拔周期中，鍍膜碳納米管纖維的線速度可以為20毫米/分鐘。

為了便於將鍍膜碳納米管纖維穿過拉拔模具的模孔，優選地，所述方法包括在第一個道次的拉拔周期之前進行的：

對所述鍍膜碳納米管纖維的端部進行預處理，以使得預處理後的所述鍍膜碳納米管纖維的端部的直徑不小於第一個道次的所述拉拔模具的模孔的孔徑。

優選地，所述方法包括多個道次的拉拔周期，所述方法包括在相鄰兩個道次的拉拔周期之間進行的：

控制所述繞絲輥反轉。

在這種情況中，上一個道次中用作放絲輥的繞絲輥在下一個道次中用作收絲輥。相應地，上一個道次中用作收絲輥的繞絲輥在下一個道次中用作放絲輥。

為了防止鍍膜碳納米管纖維斷裂，優選地，所述方法還包括：

檢測成對的所述繞絲輥之間的鍍膜碳納米管纖維受到的張力，當所述張力大於所述預定值時，控制所述繞絲輥減速。

實施例

圖2和圖3中所示的鍍膜碳納米管纖維上的金屬膜為銅膜，銅膜厚度為6微米，利用四探針法測得的導電率為2.0×107S/m，拉伸強度為500MPa。

圖7中所示的鍍膜碳納米管纖維上的金屬膜為銅膜，銅膜厚度為8微米，利用四探針法測得的導電率為2.3×107S/m，拉伸強度為350MPa。

實施例1

利用圖1中的拉拔系統對圖2中的鍍膜碳納米管纖維進行拉拔，其中，拉拔模具的模孔直徑為4微米。繞絲輥10上纏繞有待拉拔的鍍膜碳納米管纖維。

所述拉拔方法包括：

S1、從所述繞絲輥10上拾取所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的自由端，並將所述自由端，將其穿過拉拔模具50的模孔，並固定在成對的繞絲輥60上；

S2、驅動成對的繞絲輥10和繞絲輥60同步地轉動，鍍膜碳納米管纖維的線速度為60毫米/分鐘。

當經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維完全纏繞在繞絲輥60上之後，停止驅動電機。

經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維利用四探針法測得的導電率為2.7×107S/m，拉伸強度為550MPa。由此可知，經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維的導電率和強度均增加，並且，圖4和圖5中所示的是實施例1中的經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維。通過圖4和圖5可知，經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維的表面金屬膜更加緻密。

實施例2

利用圖1中的拉拔系統對鍍膜碳納米管纖維進行拉拔，其中，拉拔模具的模孔直徑為2微米。本實施例中用到的鍍膜碳納米管纖維為實施例1中得到的經過一道次拉拔的鍍膜碳納米管纖維。

所述拉拔方法包括：

S1、從所述繞絲輥20上拾取所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的自由端，並將所述自由端，將其穿過拉拔模具50的模孔，並固定在成對的繞絲輥10上；

S2、驅動成對的繞絲輥10和繞絲輥60同步地轉動，鍍膜碳納米管纖維的線速度為30毫米/分鐘。

當經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維完全纏繞在繞絲輥60上之後，停止驅動電機。

經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維利用四探針法測得的導電率為3.8×107S/m，拉伸強度為600MPa。由此可知，經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維的導電率和強度均增加，並且，圖6和圖7中所示的是實施例2中的經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維。通過圖6和圖7可知，經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維的表面金屬膜更加緻密。

實施例3

利用圖1中的拉拔系統對圖6中的鍍膜碳納米管纖維進行拉拔，其中，拉拔模具的模孔直徑為6微米。繞絲輥10上纏繞有待拉拔的鍍膜碳納米管纖維。

所述拉拔方法包括：

S1、從所述繞絲輥10上拾取所述待拉拔的鍍膜碳納米管纖維的自由端，並將所述自由端，將其穿過拉拔模具50的模孔，並固定在成對的繞絲輥60上；

S2、驅動成對的繞絲輥10和繞絲輥60同步地轉動，鍍膜碳納米管纖維的線速度為60毫米/分鐘。

當經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維完全纏繞在繞絲輥60上之後，停止驅動電機。

經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維利用四探針法測得的導電率為3.5×107S/m，拉伸強度為480MPa。由此可知，經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維的導電率和強度均增加，並且，圖8和圖9中所示的是實施例3中的經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維。通過圖8和圖9可知，經過拉拔的鍍膜碳納米管纖維的表面金屬膜更加緻密。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本實用新型的原理而採用的示例性實施方式，然而本實用新型並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本實用新型的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本實用新型的保護範圍。