CN105339535A - 纱线制造装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够以高速制造纱线密度较高的碳纳米管纱线的纱线制造装置。纱线制造装置(1)具备：支承CNT形成基板(S)的基板支承部(3)、从支承于基板支承部(3)的CNT形成基板(S)连续地引出CNT纤维组(F)并使CNT纤维组(F)行走的卷绕装置(9)以及设置于基板支承部(3)与卷绕装置(9)之间并直接获取被卷绕装置(9)引出的CNT纤维组(F)而对该CNT纤维组(F)实施加捻的纱线制造部(5)，纱线制造部(5)通过压缩空气的旋流对CNT纤维组(F)实施加捻。

Description

纱线制造装置
技术领域
本发明涉及制造碳纳米管纱线的纱线制造装置。
背景技术
作为以往的碳纳米管纱线的纱线制造装置，例如公知有专利文献1所记载的装置。在专利文献1所记载的纱线制造装置中，从设置于基板上的纳米管簇(碳纳米管集合体)引出纳米管纤维组，并通过喷丝板对纳米管纤维组实施假捻。
专利文献1：日本特表2008-523254号公报
通常，在对棉等纤维进行纺织的纱线制造装置中，经由罗拉向纱线制造部导入纤维。此处，碳纳米管的纤维具有容易凝集的特性，一旦凝集，则其形状被保持。因此，碳纳米管纤维组在通过罗拉时被压接而凝集为带状，从而其形状被保持。在该情况下，在纱线制造部中，加捻凝集为带状的碳纳米管纤维组，结果存在制造出包含空隙的纱线密度低的纱线的问题。
针对该情况，专利文献1所记载的纱线制造装置将碳纳米管纤维组从纳米管簇直接导入喷丝板，因此在防止纱线密度的降低方面较有效。然而，在专利文献1的纱线制造装置中，通过喷丝板对碳纳米管纤维组实施加捻，因此难以实现碳纳米管纱线的制造速度的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够以高速制造纱线密度较高的碳纳米管纱线的纱线制造装置。
本发明的一方面所涉及的纱线制造装置边使碳纳米管纤维组行走，边由该碳纳米管纤维组制造碳纳米管纱线，上述纱线制造装置的特征在于，具备：支承碳纳米管集合体的支承部、从支承于支承部的碳纳米管集合体连续地引出碳纳米管纤维组并使碳纳米管纤维组行走的引出部以及设置于支承部与引出部之间并直接获取被引出部引出的碳纳米管纤维组而对该碳纳米管纤维组实施加捻的纱线制造部，纱线制造部通过压缩空气的旋流对碳纳米管纤维组实施假捻。
在该纱线制造装置中，纱线制造部直接获取被引出部引出的碳纳米管纤维组并对碳纳米管纤维组实施假捻。即，从碳纳米管集合体被引出的碳纳米管纤维组未经由罗拉等而被直接导入纱线制造部。因此，在纱线制造装置中，碳纳米管纤维组以未成为扁平形状的状态被加捻，因此能够制造纱线密度较高的碳纳米管纱线。另外，在纱线制造装置中，通过压缩空气的旋流对碳纳米管纤维组实施加捻。因此，在纱线制造装置中，能够由碳纳米管纤维组高速制造碳纳米管纱线。
在一实施方式中，引出部也可以具备由一对罗拉构成的夹压罗拉。在通过压缩空气的旋流加捻碳纳米管纤维组的结构中，在从纱线制造部被导出的碳纳米管纤维组(被加捻的纱线)产生气圈。此时，若欲以产生了气圈的状态卷绕纱线，则难以稳定地卷绕。因此，在纱线制造装置中具备夹压罗拉。由此，在纱线制造装置中，能够通过夹压罗拉阻止从纱线制造部被导出的纱线的气圈(阻止加捻)。因此，在纱线制造装置中，能够稳定地卷绕纱线。
在一实施方式中，支承于支承部的碳纳米管集合体与纱线制造部之间的距离也可以比纱线制造部与夹压罗拉之间的距离小。在纱线制造装置中，缩短碳纳米管集合体与纱线制造部的距离，从而纱线制造部的加捻对从碳纳米管集合体被引出的碳纳米管纤维组有效地发挥作用。因此，在纱线制造装置中，能够制造良好的碳纳米管纱线。
在一实施方式中，纱线制造部也可以具有：供碳纳米管纤维组插通的喷嘴主体部、设置于喷嘴主体部并通过压缩空气沿与碳纳米管纤维组的行走方向正交的方向产生第一旋流的第一喷嘴部以及设置于喷嘴主体部并通过压缩空气沿与碳纳米管纤维组的行走方向正交的方向且与第一旋流相反的方向产生第二旋流的第二喷嘴部，第一喷嘴部与第二喷嘴部在喷嘴主体部设置于在碳纳米管纤维组的行走方向上的不同的位置。在该纱线制造装置中，通过第一喷嘴部产生第一旋流，通过第二喷嘴部产生与第一旋流反向的第二旋流。因此，在纱线制造装置中，能够对碳纳米管纤维组以高速实施稳定的假捻。
在一实施方式中，第一喷嘴部也可以在碳纳米管纤维组的行走方向设置于第二喷嘴部的上游侧，形成第一旋流的压缩空气的压力比形成第二旋流的压缩空气的压力小。如上，在将第一喷嘴部设置于第二喷嘴部的上游侧的结构中，缩小形成第一旋流的压缩空气的压力，即增大形成第二旋流的压缩空气的压力，从而能够对碳纳米管纤维组良好地实施假捻。
在一实施方式中，在第一喷嘴部产生的第一旋流也可以主要卷绕碳纳米管纤维组的外层的一部分，在第二喷嘴部产生的第二旋流主要对碳纳米管纤维组实施假捻而使其凝集。由此，在纱线制造装置中，能够对碳纳米管纤维组良好地实施假捻。
在一实施方式中，也可以在喷嘴主体部的第一喷嘴部与第二喷嘴部之间设置有空气逸散部。由此，在纱线制造装置中，能够抑制第一喷嘴部的第一旋流与第二喷嘴部的第二旋流干涉。由此，能够抑制在各喷嘴部的旋流产生紊流，从而能够抑制碳纳米管纱线的品质的可靠性的降低。
在一实施方式中，空气逸散部也可以为切掉了喷嘴主体部的一部分而形成的切口部。由此，在纱线制造装置中，通过切口部以外的喷嘴主体部，能够抑制碳纳米管纤维组飞散。
根据本发明，能够以高速制造纱线密度较高的碳纳米管纱线。
附图说明
图1是表示一实施方式所涉及的纱线制造装置的图。
图2是表示图1所示的纱线制造装置的一部分的立体图。
图3是表示纱线制造部的图。
图4是图3所示的纱线制造部的分解图。
图5是纱线制造部的空气的流动的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式详细地进行说明。此外，在附图的说明中，对相同或者相当的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
图1是表示一实施方式所涉及的纱线制造装置的图。图2是表示图1所示的纱线制造装置的一部分的立体图。如各图所示，纱线制造装置1是边使碳纳米管纤维组(以下，称为“CNT纤维组”)F行走边由该CNT纤维组F制造碳纳米管纱线(以下，称为“CNT纱线”)Y的装置。
纱线制造装置1具备基板支承部(支承部)3、纱线制造部5以及引出部。引出部具备夹压罗拉7a、7b与卷绕装置9。基板支承部3、纱线制造部5、夹压罗拉7a、7b以及卷绕装置9按该顺序配置于规定线上，CNT纤维组F从基板支承部3朝向卷绕装置9行走。此外，CNT纤维组F是集合有多个由碳纳米管构成的纤维而成的。CNT纱线Y是对CNT纤维组F施加假捻而凝集的纱线。
基板支承部3以保持引出CNT纤维组F的碳纳米管形成基板(以下，称为“CNT形成基板”)S的状态对CNT形成基板S进行支承。CNT形成基板S称为碳纳米管簇(carbonnanotubeforest)或者碳纳米管的垂直取向构造体等，且是通过化学气相沉淀法等在基板B上高密度且高取向地形成碳纳米管(例如，单层碳纳米管、双层碳纳米管、多层碳纳米管等)的碳纳米管集合体。作为基板B，例如能够使用塑料基板、玻璃基板、硅基板、金属基板等。此外，在开始制造CNT纱线Y时，在更换CNT形成基板S时等，通过称为微型钻头的工具，能够从CNT形成基板S引出CNT纤维组F。
纱线制造部5通过压缩空气(空气)的旋流对CNT纤维组F实施假捻而使其凝集。图3是表示纱线制造部的图。图4是图3所示的纱线制造部的分解图。在图3以及图4中，以剖面示出了喷嘴主体部10。如图3以及图4所示，纱线制造部5具备：喷嘴主体部10、第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30。第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30设置于喷嘴主体部10，喷嘴主体部10、第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30被单元化。
喷嘴主体部10是供CNT纤维组F插通，并且保持第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30的壳体。喷嘴主体部10由例如黄铜等的材料形成。喷嘴主体部10具有：供CNT纤维组F插通并且向喷嘴主体部10导入CNT纤维组F的导入口11、收容第一喷嘴部20的第一收容部12、收容第二喷嘴部30的第二收容部13以及供CNT纤维组F插通并且从喷嘴主体部10导出CNT纤维组Y的导出口14。第一收容部12以及第二收容部13沿着CNT纤维组F的行走方向被配置。
第一收容部12在CNT纤维组F的行走方向设置于一端侧(在如图1所示那样配置纱线制造部5时，成为CNT纤维组F的行走方向的上游侧的位置)。第二收容部13在CNT纤维组F的行走方向设置于另一端侧(在如图1所示那样配置纱线制造部5时，成为第一收容部12的下游侧的位置)。
在第一收容部12与第二收容部13之间设置有空气逸散部15。空气逸散部15是使在第一喷嘴部20产生的第一旋流SF1逸散的部分。空气逸散部15形成切掉了喷嘴主体部10的一部分而形成的切口部。空气逸散部15设置为包含CNT纤维组F的行走路。第一收容部12与第二收容部13之间的CNT纤维组F的行走路因空气逸散部15而敞开，另一方面，一部分被喷嘴主体部10包围。
在喷嘴主体部10设置有第一流路部16与第二流路部17。第一流路部16是与第一收容部12连通，并向第一喷嘴部20供给压缩空气的流路。第二流路部17是与第二收容部13连通，并向第二喷嘴部30供给压缩空气的流路。此外，在本实施方式中，喷嘴主体部10由多个(此处为三个)部件构成，但喷嘴主体部10也可以为一体成型品。
第一喷嘴部20产生第一旋流SF1而在CNT纤维组F形成气圈，从而对CNT纤维组F实施加捻。第一喷嘴部20例如由陶瓷形成。第一喷嘴部20配置于喷嘴主体部10的第一收容部12。第一喷嘴部20具有供CNT纤维组F插通，并且划分产生第一旋流SF1的空间的筒状部22。筒状部22设置为沿着CNT纤维组F的行走方向。
如图5所示，在第一喷嘴部20经由设置于喷嘴主体部10的第一流路部16从未图示的空气供给源供给有压缩空气。在第一喷嘴部20中，如图2所示，沿与CNT纤维组F的行走方向正交的方向，例如以行走方向为轴，绕逆时针的方向产生第一旋流SF1。第一旋流SF1沿着筒状部22的内壁产生。第一旋流SF1主要将CNT纤维组F的外侧的纤维组(外层的一部分)卷绕于内侧的纤维组。形成第一旋流SF1的压缩空气的压力(静压)例如为0.25MPa左右。
第二喷嘴部30产生第二旋流SF2而在CNT纤维组F形成气圈，从而对CNT纤维组F实施加捻。第二喷嘴部30例如由陶瓷形成。第二喷嘴部30配置于喷嘴主体部10的第二收容部13。在第二喷嘴部30具有供CNT纤维组F插通，并且划分产生第二旋流SF2的空间的筒状部32。筒状部32设置为沿着CNT纤维组F的行走方向。
如图5所示，在第二喷嘴部30经由设置于喷嘴主体部10的第二流路部17从未图示的空气供给源供给有压缩空气。在第二喷嘴部30中，如图2所示，沿与CNT纤维组F的行走方向正交的方向且与第一旋流SF1相反的方向，例如以行走方向为轴，绕顺时针的方向产生第二旋流SF2。即，第二旋流SF2的方向形成与第一旋流SF1的方向反向。第二旋流SF2沿着筒状部32的内壁产生。第二旋流SF2主要相对于CNT纤维组F的芯部(内侧的纤维组)实施与第一旋流SF1反向的加捻。形成第二旋流SF2的压缩空气的压力(静压)例如为0.4～0.6MPa左右。即，形成第二旋流SF2的压缩空气的压力比形成第一旋流SF1的压缩空气的压力大。换言之，形成第一旋流SF1的压缩空气的压力比形成第二旋流SF2的压缩空气的压力小。
夹压罗拉7a、7b输送被纱线制造部5假捻而凝集的CNT纱线Y。夹压罗拉7a、7b在夹持CNT纱线Y的位置配置一对。夹压罗拉7a、7b阻止从纱线制造部5传播的CNT纤维组F的加捻(气圈)。被纱线制造部5假捻的CNT纤维组F通过夹压罗拉7a、7b，从而进一步被凝集，进而形成作为最终的制造物的CNT纱线Y。
在本实施方式中，如图1所示，CNT形成基板S与纱线制造部5之间的距离L1比纱线制造部5与夹压罗拉7a、7b之间的距离L2小(L1＜L2)。即，纱线制造部5配置于接近CNT形成基板S的位置。
卷绕装置9将被纱线制造部5假捻并通过夹压罗拉7a、7b的CNT纱线Y卷绕于纱管。卷绕装置9从CNT形成基板S引出CNT纤维组F，并使CNT纤维组F行走。
接着，对纱线制造装置1的CNT纱线Y的制造方法进行说明。首先，通过卷绕装置9从支承于基板支承部3的CNT形成基板S引出CNT纤维组F。被引出的CNT纤维组F被直接导入纱线制造部5。导入纱线制造部5的CNT纤维组F通过纱线制造部5的第二喷嘴部30的第二旋流SF2开始加捻。通过第二旋流SF2实施加捻而凝集的CNT纤维组F通过第一喷嘴部20的第一旋流SF1返回加捻。另外，通过第一喷嘴部20的第一旋流SF1被卷绕在通过第二旋流SF2未被凝集的CNT纤维组F的一部分(外面的部分)凝集的表面。由此，通过纱线制造部5使CNT纤维组F凝集。通过纱线制造部5实施加捻的CNT纤维组F成为CNT纱线Y，并被卷绕装置9卷绕于纱管。在纱线制造装置1中，例如以数十m/min制造CNT纱线Y。
如以上说明的那样，在本实施方式所涉及的纱线制造装置1中，纱线制造部5直接获取被卷绕装置9引出的CNT纤维组F并对CNT纤维组F实施加捻。即，从CNT形成基板S被引出的CNT纤维组F不经由罗拉等而被直接导入纱线制造部5。因此，在纱线制造装置1中，CNT纤维组F以未成为扁平形状(带状)的状态(未凝集)被加捻，因此能够制造纱线密度较高的CNT纱线Y。另外，在纱线制造装置1中，通过压缩空气的旋流对CNT纤维组F实施加捻。因此，在纱线制造装置1中，能够由CNT纤维组F以高速制造CNT纱线Y。
在本实施方式中，在纱线制造部5与卷绕装置9之间配置夹压罗拉7a、7b。在通过压缩空气的旋流加捻CNT纤维组F的结构中，在从纱线制造部5被导出的CNT纤维组F产生气圈。此时，若欲以产生了气圈的状态通过卷绕装置9卷绕纱线，则难以稳定地卷绕。因此，在纱线制造装置1中，在纱线制造部5与卷绕装置9之间配置夹压罗拉7a、7b。由此，在纱线制造装置1中，能够通过夹压罗拉7a、7b阻止从纱线制造部5被导出的纱线的气圈(阻止加捻)。因此，在纱线制造装置1中，能够稳定地卷绕CNT纱线Y。
在本实施方式中，支承于基板支承部3的CNT形成基板S与纱线制造部5之间的距离比纱线制造部5与夹压罗拉7a、7b之间的距离小。在纱线制造装置1中，缩短CNT形成基板S与纱线制造部5的距离，从而纱线制造部5的加捻对从CNT形成基板S被引出的CNT纤维组F有效地发挥作用。因此，在纱线制造装置1中，能够制造良好的CNT纱线Y。
在本实施方式的纱线制造装置1中，通过第一喷嘴部20产生第一旋流SF1，通过第二喷嘴部30产生与第一旋流SF1反向的第二旋流SF2。因此，在纱线制造装置1中，能够对CNT纤维组F以高速实施假捻。
在纱线制造装置1中，通过压缩空气产生旋流而对CNT纤维组F实施加捻，因此调整压缩空气的量，从而能够容易地调整加捻程度。另外，在纱线制造装置1中，第一喷嘴部20与第二喷嘴部30分别设置于喷嘴主体部10并被单元化，配置于在CNT纤维组F的行走方向上的不同的位置。由此，在纱线制造装置1中，能够使CNT纤维组F容易地通过第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30。
在本实施方式中，第一喷嘴部20在CNT纤维组F的行走方向上配置于第二喷嘴部30的上游侧。在上述的结构中，形成第一旋流SF1的压缩空气的压力比形成第二旋流SF2的压缩空气的压力小。由此，在纱线制造装置1中，在第一喷嘴部20产生的第一旋流SF1主要卷绕CNT纤维组F的外侧的一部分，在第二喷嘴部30产生的第二旋流SF2主要对CNT纤维组F实施加捻。因此，在纱线制造装置1中，能够对CNT纤维组F良好地实施假捻而使其凝集。
在本实施方式中，在喷嘴主体部10的第一喷嘴部20与第二喷嘴部30之间设置有空气逸散部15。空气逸散部15为切掉了喷嘴主体部10的一部分而形成的切口部。由此，在纱线制造部5中，能够抑制第一喷嘴部20的第一旋流SF1与第二喷嘴部30的第二旋流SF2干涉。因此，在纱线制造部5中，能够抑制在各喷嘴部20、30的旋流SF1、SF2产生紊流，从而能够抑制CNT纱线Y的品质的可靠性的降低。另外，在纱线制造部5中，通过空气逸散部15以外的喷嘴主体部10能够抑制CNT纤维组F飞散。
本发明不限定于上述实施方式。例如，作为CNT纤维组F的供给源，代替CNT形成基板S，也可以使用连续地合成碳纳米管而供给CNT纤维组F的浮动催化装置等。
在上述实施方式中，以CNT形成基板S与纱线制造部5之间的距离L1比纱线制造部5与夹压罗拉7a、7b之间的距离L2小(L1＜L2)的结构为一个例子进行了说明，但CNT形成基板S与纱线制造部5之间的距离L1也可以与纱线制造部5与夹压罗拉7a、7b之间的距离L2同等。或者，CNT形成基板S与纱线制造部5之间的距离L1也可以比纱线制造部5与夹压罗拉7a、7b之间的距离L2大。
在上述实施方式中，以使形成第一旋流SF1的压缩空气的压力比形成第二旋流SF2的压缩空气的压力小的形态为一个例子进行了说明，但形成第一旋流SF1以及第二旋流SF2的压缩空气的压力也可以相同。或者，也可以使形成第二旋流SF2的压缩空气的压力比形成第一旋流SF1的压缩空气的压小。
在上述实施方式中，以在喷嘴主体部10配置有第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30的结构为一个例子进行了说明，但也可以将形成于喷嘴主体部10的空间分别形成第一喷嘴部以及第二喷嘴部。即，在喷嘴主体部10中，也可以一体地形成相当于第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30的结构。
工业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种能够以高速制造纱线密度较高的碳纳米管纱线的纱线制造装置。
符号说明
1…纱线制造装置；3…基板支承部(支承部)；5…纱线制造部；7a、7b…夹压罗拉；9…卷绕装置(引出部)；10…喷嘴主体部；15…空气逸散部；20…第一喷嘴部；30…第二喷嘴部；F…CNT纤维组(碳纳米管纤维组)；S…CNT形成基板(碳纳米管集合体)；SF1…第一旋流；SF2…第二旋流；Y…CNT纱线(碳纳米管纱线)。

Claims (8)

1.一种纱线制造装置，其边使碳纳米管纤维组行走边由该碳纳米管纤维组制造碳纳米管纱线，
所述纱线制造装置的特征在于，具备：
支承部，其支承碳纳米管集合体；
引出部，其从支承于所述支承部的所述碳纳米管集合体连续地引出所述碳纳米管纤维组并使所述碳纳米管纤维组行走；以及
纱线制造部，其设置于所述支承部与所述引出部之间，并直接获取被所述引出部引出的所述碳纳米管纤维组而对该碳纳米管纤维组实施加捻，
所述纱线制造部通过压缩空气的旋流对所述碳纳米管纤维组实施假捻。
2.根据权利要求1所述的纱线制造装置，其特征在于，
所述引出部具备由一对罗拉构成的夹压罗拉。
3.根据权利要求2所述的纱线制造装置，其特征在于，
支承于所述支承部的所述碳纳米管集合体与所述纱线制造部之间的距离比所述纱线制造部与所述夹压罗拉之间的距离小。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的纱线制造装置，其特征在于，
所述纱线制造部具有：
喷嘴主体部，其供所述碳纳米管纤维组插通；
第一喷嘴部，其设置于所述喷嘴主体部，并通过压缩空气沿与所述碳纳米管纤维组的行走方向正交的方向产生第一旋流；以及
第二喷嘴部，其设置于所述喷嘴主体部，并通过压缩空气沿与所述碳纳米管纤维组的行走方向正交的方向且与所述第一旋流相反的方向产生第二旋流，
所述第一喷嘴部与所述第二喷嘴部在所述喷嘴主体部设置于在所述碳纳米管纤维组的行走方向上的不同的位置。
5.根据权利要求4所述的纱线制造装置，其特征在于，
所述第一喷嘴部在所述碳纳米管纤维组的行走方向设置于所述第二喷嘴部的上游侧，
形成所述第一旋流的压缩空气的压力比形成所述第二旋流的压缩空气的压力小。
6.根据权利要求4或5所述的纱线制造装置，其特征在于，
在所述第一喷嘴部产生的所述第一旋流主要卷绕所述碳纳米管纤维组的外层的一部分，
在所述第二喷嘴部产生的所述第二旋流主要对所述碳纳米管纤维组实施假捻而使其凝集。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的纱线制造装置，其特征在于，
在所述喷嘴主体部的所述第一喷嘴部与所述第二喷嘴部之间设置有空气逸散部。
8.根据权利要求7所述的纱线制造装置，其特征在于，
所述空气逸散部为切掉了所述喷嘴主体部的一部分而形成的切口部。
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