CN113089149B - 一种碳纳米管复合纱线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米管复合纱线及其制备方法，其制备方法包括：(1)将多根碳纳米管或多个碳纳米管束合股，浸润有机溶剂，加捻，制成碳纳米管初级纱，加捻采用的捻度角为5‑20°；(2)将按照步骤(1)制成的多个碳纳米管初级纱分别浸入第一石墨烯分散液中，合股，烘干，加捻，制成碳纳米管复合初纱，然后将制成的碳纳米管复合初纱浸入第二石墨烯分散液中，烘干，制成碳纳米管复合纱线；其中，加捻采用的捻度角为5‑10°，第一石墨烯分散液、第二石墨烯分散液分别通过将石墨烯分散在水中制成；该方法简单，且制成的碳纳米管复合纱线的导电性以及强度等明显改善。

Description

一种碳纳米管复合纱线及其制备方法
技术领域
本发明属于纱线生产领域，具体涉及一种碳纳米管复合纱线及其制备方法。
背景技术
碳纳米管纤维具有优异的机械强度、导热性和导电性。随着科技的快速发展，能源、军工、航空航天等多个领域对碳纳米管纤维的需求日益增加。目前碳纳米管纤维的制备方法有湿法纺丝、阵列纺丝、浮动催化纺丝三种方法，湿法纺丝是采用碳纳米管分散液作为纺丝液，之后挤出经过凝固浴凝固成型；浮动催化纺丝方法是先将碳源经过催化裂解合成碳纳米管，所得的碳纳米管形成了互联网络，在经过取向致密以形成纤维，是目前发展最快且最后前途的制备方法；阵列法制备的纤维内碳纳米管具有较好的取向性，碳纳米管纯度高。但是目前，纺丝得到的碳纳米管纱线并不能充分发挥其自身具有的各项优异性能，不能在宏观尺度上有效进行传递。
针对上述问题，目前现有技术中做了一些改进以期充分发挥碳纳米管的各项性能，例如中国专利CN109537110 A通过层层加捻碳纳米管纤维来提高碳纳米管纤维的力学性能，但是其加捻的级数过多，操作较为复杂。
又如中国专利CN107119346A，其公开了一种碳纳米管/石墨烯复合纤维的制备方法，包括：(1)将石墨粉、氯磺酸和过氧化氢按质量比1:150-200:50-100进行混合，边搅拌边进行剥离，得到少层或多层石墨烯溶液；然后进行离心水洗、真空冷冻干燥，得到石墨烯；(2)将步骤(1)得到的石墨烯与单壁碳纳米管加入氯磺酸中，搅拌、过滤得到碳纳米管/石墨烯复合纺丝液；其中，所述石墨烯、单壁碳纳米管和氯磺酸的质量比为1:1-8:100-450；(3)将步骤(2)得到的纺丝液进行湿法纺丝，得到的纤维经过洗涤、干燥即得到碳纳米管/石墨烯复合纤维。但由于石墨烯和碳纳米管水溶性较差，影响其在水溶液中的分散性，导致制备的纺丝液均匀性较差，需加入较多表面活性剂或强酸以稳定分散液，这将影响纤维性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种改进的碳纳米管复合纱线的制备方法，该方法简单，且制成的碳纳米管复合纱线的导电性以及强度等明显改善。
本发明同时还提供了一种上述方法制成的碳纳米管复合纱线。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：
一种碳纳米管复合纱线的制备方法，所述制备方法采用的原料包括碳纳米管和石墨烯，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将多根碳纳米管或多个碳纳米管束合股，浸润有机溶剂，加捻，制成碳纳米管初级纱，所述加捻采用的捻度角为5-20°；
(2)将按照步骤(1)制成的多个碳纳米管初级纱分别浸入第一石墨烯分散液中，合股，烘干，加捻，制成碳纳米管复合初纱，然后将制成的所述碳纳米管复合初纱浸入第二石墨烯分散液中，烘干，制成所述碳纳米管复合纱线；其中，所述加捻采用的捻度角为5-10°，所述第一石墨烯分散液、所述第二石墨烯分散液分别通过将石墨烯分散在水中制成。
根据本发明的一些优选且具体的方面，步骤(1)中，所述有机溶剂为挥发性的有机溶剂，具体可以为选自甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、氯仿中的一种或多种的组合。根据本发明的一个优选且具体的方面，所述有机溶剂为乙醇。
根据本发明的一些优选且具体的方面，步骤(1)中，所述制备方法还包括在进行所述加捻之前的烘干步骤，该烘干步骤可以采用烘箱或热风机等将浸润的有机溶剂部分或全部蒸发。
根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，所述碳纳米管束的平均直径为40-60nm。
根据本发明的一些优选方面，步骤(1)中，在所述合股过程中，碳纳米管的根数或多个碳纳米管束包含的碳纳米管的根数为3-21根。
根据本发明的一些优选方面，步骤(2)中，所述第一石墨烯分散液或所述第二石墨烯分散液中石墨烯的浓度为2～4mg/mL。
根据本发明的一些优选方面，步骤(2)中，所述石墨烯的片径为500nm-5μm，厚度为1～5nm。
根据本发明的一些优选方面，步骤(2)中，所述碳纳米管复合初纱包含5-63个碳纳米管初级纱。
根据本发明的一些优选方面，步骤(2)中，所述第一石墨烯分散液、所述第二石墨烯分散液分别通过如下方法制备而得：使石墨烯在超声作用下分散在纯水中；所述超声作用中，将纯水的水温控制在15-25℃，超声功率控制在300-400W，超声时间为2-3h，且每隔20-40min搅拌一次。
根据本发明，碳纳米管可以采用常规方法获得；优选通过化学气相沉积法制备碳纳米管阵列，进一步通过阵列纺丝制备碳纳米管。根据本发明的一些优选且具体的方面，步骤(1)中，碳纳米管通过阵列纺丝制备，所述阵列纺丝采用的碳纳米管阵列通过如下方法制备而得：将石英基底置于CVD管式炉中，在氩气和氢气存在下、在700-1200℃下、在催化剂存在下通入碳源气体，生长，停止通入氢气和碳源气体，在氩气保护下降温，直至室温，制成；其中，所述催化剂为二茂铁和二甲苯的混合液，所述混合液中二茂铁的浓度为0.04-0.08g/mL，所述氢气和所述氩气的流量比为1-3∶8。
根据本发明的一些优选且具体的方面，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者它们的组合。
根据本发明的一些优选且具体的方面，所述碳源气体为乙炔，所述乙炔的流量为0.005-0.05L/min，所述生长的时间为2-15min。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的制备方法制成的碳纳米管复合纱线。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明创新地提供了一种改进的碳纳米管复合纱线的制备方法，该方法以碳纳米管或碳纳米管束作为起始原料，然后通过浸润有机溶剂，特定捻度角的加捻，制成初级纱，然后创新地结合石墨烯分散液，通过浸润，特定捻度角的加捻，再浸润分散液；如此方式不仅使得碳纳米管之间结合的更紧密，相互作用力更强，有效提升了碳纳米管复合纱线的宏观力学性能；相比现有技术，本发明的方法不仅步骤更简单易操作，而且有效减少了电流在纤维中传导的过程，同时石墨烯也具有优异的导电性能，用所述方法制备的碳纳米管纱线的电学性能也得到一定的改善。此外通过石墨烯包覆获得的碳纳米管复合纱线的模量得到显著的提升，这些性能有效的改善了碳纳米管复合纱线在实际应用中的效益。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中所获得的碳纳米管阵列的微观结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中从碳纳米管阵列上收集碳纳米管或碳纳米管束的示意图；
图3为本发明具体实施方式中向在旋转体上合股的多根碳纳米管或碳纳米管束施加有机溶剂进行浸润的示意图；
图4为本发明具体实施方式中碳纳米管初级纱的制备过程示意图；
图5为本发明具体实施方式中碳纳米管复合初纱的制备过程示意图；
图6为本发明具体实施方式中引纱器的结构示意图；
图7为本发明具体实施方式中由碳纳米管复合初纱制成碳纳米管复合纱线的过程示意图；
图8为本发明具体实施方式中一种碳纳米管复合纱线的截面示意图；
图9为本发明具体实施方式中又一种碳纳米管复合纱线的截面示意图；
其中，1、碳纳米管；2、催化剂；3、基底材料；4、碳纳米管阵列；5、碳纳米管束；6、旋转体；7、烘箱；8、碳纳米管初级纱；9、加压材料；10、有机溶剂；11、石墨烯分散液；12、引纱器；13、碳纳米管复合初纱；14、碳纳米管复合纱线。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，纺丝得到的碳纳米管纱线内部结构松散，相互作用力较弱，以至于碳纳米管各项优异的性能不能再宏观尺度上得到有效的传递。基于上述问题，本发明提供了一种碳纳米管复合纱线的制备方法，所述制备方法采用的原料包括碳纳米管和石墨烯，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将多根碳纳米管或多个碳纳米管束合股，浸润有机溶剂，加捻，制成碳纳米管初级纱，所述加捻采用的捻度角为5-20°；
(2)将按照步骤(1)制成的多个碳纳米管初级纱分别浸入第一石墨烯分散液中，合股，烘干，加捻，制成碳纳米管复合初纱，然后将制成的所述碳纳米管复合初纱浸入第二石墨烯分散液中，烘干，制成所述碳纳米管复合纱线；其中，所述加捻采用的捻度角为5-10°，所述第一石墨烯分散液、所述第二石墨烯分散液分别通过将石墨烯分散在水中制成。
优选地，步骤(1)中，所述有机溶剂为挥发性的有机溶剂，具体可以为选自甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、氯仿中的一种或多种的组合。根据本发明的一个优选且具体的方面，所述有机溶剂为乙醇。
优选地，步骤(1)中，所述制备方法还包括在进行所述加捻之前的烘干步骤，该烘干步骤可以采用烘箱或热风机等将浸润的有机溶剂部分或全部蒸发，烘干步骤的温度为80-100℃。
优选地，步骤(1)中，所述碳纳米管束的平均直径为40-60nm；在所述合股过程中，碳纳米管的根数或多个碳纳米管束包含的碳纳米管的根数为3-21根。
优选地，步骤(2)中，所述第一石墨烯分散液或所述第二石墨烯分散液中石墨烯的浓度为2～4mg/mL，所述石墨烯的片径为500nm-5μm，厚度为1～5nm；所述碳纳米管复合初纱包含5-63个碳纳米管初级纱。进一步地，步骤(2)中，所述第一石墨烯分散液、所述第二石墨烯分散液分别通过如下方法制备而得：使石墨烯在超声作用下分散在纯水中；所述超声作用中，将纯水的水温控制在15-25℃，超声功率控制在300-400W，超声时间为2-3h，且每隔20-40min搅拌一次。
在本发明的一个实施方式中，所述第一石墨烯分散液或所述第二石墨烯分散液的具体制备方式包括：(a)准备烧杯、搅拌棒、氧化石墨烯粉末2g、足量的超纯水；(b)将2g氧化石墨烯粉末倒入烧杯中，倒入超纯水至800ml同时加以搅拌：(c)放入仪器中进行超声制成石墨烯分散液；其中，所述的氧化石墨烯为单层氧化石墨烯，片径大于500nm，厚度为1～5nm，超声时水温控制在20℃，仪器功率控制在350W，超声时间为2-3h，且每隔半小时搅拌一次。
根据本发明，碳纳米管的制备方法有湿法纺丝、阵列纺丝、浮动催化纺丝三种方法，湿法纺丝是采用碳纳米管分散液作为纺丝液，之后挤出经过凝固浴凝固成型；浮动催化纺丝方法是先将碳源经过催化裂解合成碳纳米管，所得的碳纳米管形成了互联网络，在经过取向致密以形成纤维，是目前发展最快且最后前途的制备方法；阵列法制备的纤维内碳纳米管具有较好的取向性，碳纳米管纯度高。优选通过化学气相沉积法制备碳纳米管阵列，进一步通过阵列纺丝制备碳纳米管。进一步地，步骤(1)中，碳纳米管通过阵列纺丝制备，所述阵列纺丝采用的碳纳米管阵列通过如下方法制备而得：将石英基底置于CVD管式炉中，在氩气和氢气存在下、在700-1200℃下、在催化剂存在下通入碳源气体，生长，停止通入氢气和碳源气体，在氩气保护下降温，直至室温，制成；其中，所述催化剂为二茂铁和二甲苯的混合液，所述混合液中二茂铁的浓度为0.04-0.08g/mL，所述氢气和所述氩气的流量比为1-3∶8。
根据一个具体方面，所述CVD管式炉规格为OTF-1200X，长度为75cm，最高温度可达1200℃，所述石英管的长度为100cm，厚度为3mm，外径为50mm，内径为44mm，所述碳源气体为乙炔，所述乙炔的流量为0.005-0.05L/min，所述生长的时间为2-15min。
在本发明的一个实施方式中，碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a)将清洗过的石英基底放入石英舟中间并逐渐推入CVD管式炉的恒温区，并且用塞子将石英管两端管口塞紧；(b)打开保护气氩气的流量计，将其缓缓通以排除管中的空气；(c)在氩气的保护下将管式炉的温度达到700-1200℃,同时将氢气的流量打开并将氩气和氢气的流量比设置为8：2；(d)15min后开始喷入催化剂，所述催化剂为二茂铁和二甲苯的混合溶液，浓度为0.06g/ml，同时打开乙炔的流量计并设置为0.01L/min，生长6-8min后将催化剂和碳源流量计同时关闭；(e)最后在氩气的保护下进行降温，待温度降到室温后制成样品。进一步地，碳纳米管纤维的收集方式，通过阵列纺丝得到的碳纳米管纤维结构取向度高，且获取的碳纳米管纤维的直径是可控的。
根据本发明，所采用的氩气、氢气、乙炔的纯度均大于等于99.99％。
根据本发明，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者它们的组合。
具体地，本发明采用上述化学气相沉积法制成的碳纳米管阵列的微观结构示意图如图1所示，在基底材料3上、在催化剂2存在下生长的包含有很多根碳纳米管1的碳纳米管阵列。
参阅图2所示，其为碳纳米管(可以采用精细微型设备从碳纳米管阵列4上获取)或碳纳米管束5(相对单根碳纳米管，碳纳米管束5从碳纳米管阵列4获取更容易)的收集方式，通过阵列纺丝得到的碳纳米管结构取向度高，且获取的碳纳米管的直径是可控的。
参阅图3所示，向在旋转体6上合股的多根碳纳米管或碳纳米管束施加有机溶剂10进行浸润的示意图，其中采用加压材料9对多根碳纳米管或碳纳米管束的合股进行加压，并且采用有机溶剂10进行浸润，以提升碳纳米管之间的结合性。
参阅图4所示，其示例性地给出了将多根碳纳米管或多个碳纳米管束5在旋转体6上合股，浸润有机溶剂，在烘箱7中烘干，加捻，制成碳纳米管初级纱8的过程示意图。
参阅图5所示，其示例性地给出了将按照图4所示方法制成的多个碳纳米管初级纱8分别通过引纱器12导引并且浸入石墨烯分散液11中，合股，在烘箱7中烘干，加捻，制成碳纳米管复合初纱13的过程示意图。
参阅图6所示，其给出了一种导引碳纳米管初级纱8的引纱器12，是为了使得初级纱在加工过程中不会被轻易打散。
参阅图7所示，其给出将制成的碳纳米管复合初纱13浸入石墨烯分散液11中，采用烘箱7烘干，制成碳纳米管复合纱线14的过程示意图。
参见图8和图9所示，分别给出了一种碳纳米管复合纱线的截面示意图，具体表现在碳纳米管或碳纳米管束5的数量不一样。
在本发明中，为便于理解，在图1-9中，在不同附图中，对于同样的材料或同一材料或者同样功能的设备，采用标记相同附图标记的方式，例如图4、图5和图7中均涉及了采用烘箱进行烘干的步骤，此三个步骤中，烘箱可以是同一个烘箱也可以是不同的烘箱，但是均采用标记“7”进行标记，作为提示均有烘干步骤，不在于限定是否为同一设备，具体采用几套烘箱可以根据情况而定。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的制备方法制成的碳纳米管复合纱线，平均直径为1-2μm。
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述中，如无特殊说明，所有的原料基本来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。
下述中，单壁碳纳米管的获取工艺为：碳纳米管阵列的制备：(a)将清洗过的石英基底放入石英舟中间并逐渐推入CVD管式炉(所述CVD管式炉规格为OTF-1200X，长度为75cm，最高温度可达1200℃，所述石英管的长度为100cm，厚度为3mm，外径为50mm)的恒温区，并且用塞子将石英管两端管口塞紧；(b)打开保护气氩气(纯度大于等于99.99％)的流量计，将其缓缓通以排除管中的空气；(c)在氩气的保护下将管式炉的温度达到1100℃，同时将氢气(纯度大于等于99.99％)的流量打开并将氩气和氢气的流量比设置为8：2；(d)15min后开始喷入催化剂，所述催化剂为二茂铁和二甲苯的混合溶液，浓度为0.06g/ml，同时打开乙炔(纯度大于等于99.99％)的流量计并设置为0.01L/min，生长6-8min后将催化剂和碳源流量计同时关闭；(e)最后在氩气的保护下进行降温，待温度降到室温后制成碳纳米管阵列，然后从该碳纳米管阵列中获取单壁碳纳米管，平均直径为3nm。
多壁碳纳米管的获取工艺为：碳纳米管阵列的制备：(a)将清洗过的石英基底放入石英舟中间并逐渐推入CVD管式炉(所述CVD管式炉规格为OTF-1200X，长度为75cm，最高温度可达1200℃，所述石英管的长度为100cm，厚度为3mm，外径为50mm)的恒温区，并且用塞子将石英管两端管口塞紧；(b)打开保护气氩气(纯度大于等于99.99％)的流量计，将其缓缓通以排除管中的空气；(c)在氩气的保护下将管式炉的温度达到800℃,同时将氢气(纯度大于等于99.99％)的流量打开并将氩气和氢气的流量比设置为8：2；(d)15min后开始喷入催化剂，所述催化剂为二茂铁和二甲苯的混合溶液，浓度为0.06g/ml，同时打开乙炔(纯度大于等于99.99％)的流量计并设置为0.01L/min，生长6-8min后将催化剂和碳源流量计同时关闭；(e)最后在氩气的保护下进行降温，待温度降到室温后制成碳纳米管阵列，然后从该碳纳米管阵列中获取多壁碳纳米管，平均直径为20nm。
下述中，采用的第一石墨烯分散液或第二石墨烯分散液的具体制备方式为：(a)准备烧杯、搅拌棒、氧化石墨烯粉末2g、足量的超纯水；(b)将2g氧化石墨烯粉末倒入烧杯中，倒入超纯水至800ml同时加以搅拌：(c)放入仪器中进行超声制成石墨烯分散液，浓度为2.5mg/mL；其中，所述的氧化石墨烯为单层氧化石墨烯，片径为500nm，厚度为4nm(苏州碳丰石墨烯科技有限公司)，超声时水温控制在20℃，仪器功率控制在350W，超声时间为2.5h，且每隔半小时搅拌一次。
实施例1
本例提供一种碳纳米管复合纱线的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将3根单壁碳纳米管在旋转体上合股，浸润乙醇，90℃烘干，加捻，制成碳纳米管初级纱，所述加捻采用的捻度角为20°；
(2)将按照步骤(1)制成的5个碳纳米管初级纱分别浸入第一石墨烯分散液中20s，合股，90℃烘干，加捻，制成碳纳米管复合初纱，然后将制成的所述碳纳米管复合初纱浸入第二石墨烯分散液中20s，90℃烘干，制成所述碳纳米管复合纱线，直径为1.8μm；其中，所述加捻采用的捻度角为10°。
测得该碳纳米管复合纱线的断裂强度为2.3GPa【根据GB/T 3916-2013纺织品卷装纱单根纱线断裂强力测试方法，下述相同】，导电率为1.5*105S/m【取2公分长的所述纱线在标准环境(温度20℃±2,湿度65％±4)下进行调湿24小时处理，利用ZC-90G高绝缘电阻测试仪进行电阻测试，电阻量程为0～2×1017Ω，分辨力100Ω，根据电导率公式σ＝L/(R·S)式中：σ为电导率,S/cm；L为纱线长度，cm；R为纱线电阻，Ω；S为纱线截面积，cm】。
实施例2
本例提供一种碳纳米管复合纱线的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将5根单壁碳纳米管在旋转体上合股，浸润乙醇，90℃烘干，加捻，制成碳纳米管初级纱，所述加捻采用的捻度角为20°；
(2)将按照步骤(1)制成的5个碳纳米管初级纱分别浸入第一石墨烯分散液中20s，合股，90℃烘干，加捻，制成碳纳米管复合初纱，然后将制成的所述碳纳米管复合初纱浸入第二石墨烯分散液中20s，90℃烘干，制成所述碳纳米管复合纱线，直径为2μm；其中，所述加捻采用的捻度角为10°。
测得该碳纳米管复合纱线的断裂强度为2.8GPa，导电率为2.0*105S/m。
实施例3
本例提供一种碳纳米管复合纱线的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将3根多壁碳纳米管在旋转体上合股，浸润乙醇，90℃烘干，加捻，制成碳纳米管初级纱，所述加捻采用的捻度角为20°；
(2)将按照步骤(1)制成的5个碳纳米管初级纱分别浸入第一石墨烯分散液中20s，合股，90℃烘干，加捻，制成碳纳米管复合初纱，然后将制成的所述碳纳米管复合初纱浸入第二石墨烯分散液中20s，90℃烘干，制成所述碳纳米管复合纱线，直径为1.8μm；其中，所述加捻采用的捻度角为10°。
测得该碳纳米管复合纱线的断裂强度为2.6GPa，导电率为1.5*105S/m。
实施例4
本例提供一种碳纳米管复合纱线的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将5根多壁碳纳米管在旋转体上合股，浸润乙醇，90℃烘干，加捻，制成碳纳米管初级纱，所述加捻采用的捻度角为20°；
(2)将按照步骤(1)制成的5个碳纳米管初级纱分别浸入第一石墨烯分散液中20s，合股，90℃烘干，加捻，制成碳纳米管复合初纱，然后将制成的所述碳纳米管复合初纱浸入第二石墨烯分散液中20s，90℃烘干，制成所述碳纳米管复合纱线，直径为2μm；其中，所述加捻采用的捻度角为20°。
测得该碳纳米管复合纱线的断裂强度为3GPa，导电率为2.0*105S/m。
对比例1
基本同实施例1，其区别仅在于：省略掉第一、第二石墨烯分散液包覆的步骤。测得该碳纳米管复合纱线的断裂强度为0.5GPa，导电率为0.8*105S/m。
对比例2
基本同实施例1，其区别仅在于：步骤(1)中加捻采用的捻度角为30°。
测得该碳纳米管复合纱线的断裂强度为2.0GPa，导电率为1.3*105S/m。
对比例3
基本同实施例1，其区别仅在于：步骤(2)中加捻采用的捻度角为20°。
测得该碳纳米管复合纱线的断裂强度为2.1GPa，导电率为1.4*105S/m。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种碳纳米管复合纱线的制备方法，所述制备方法采用的原料包括碳纳米管和石墨烯，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将多根碳纳米管或多个碳纳米管束合股，浸润有机溶剂，加捻，制成碳纳米管初级纱，所述加捻采用的捻度角为5-20°，在所述合股过程中，碳纳米管的根数或多个碳纳米管束包含的碳纳米管的根数为3-21根，所述碳纳米管束的平均直径为40-60nm；
(2)将按照步骤(1)制成的多个碳纳米管初级纱分别浸入第一石墨烯分散液中，合股，烘干，加捻，制成碳纳米管复合初纱，然后将制成的所述碳纳米管复合初纱浸入第二石墨烯分散液中，烘干，制成所述碳纳米管复合纱线；其中，所述加捻采用的捻度角为5-10°，所述第一石墨烯分散液、所述第二石墨烯分散液分别通过将石墨烯分散在水中制成，所述第一石墨烯分散液或所述第二石墨烯分散液中石墨烯的浓度为2～4mg/mL，所述碳纳米管复合初纱包含5-63个碳纳米管初级纱。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管复合纱线的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机溶剂为选自甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、氯仿中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管复合纱线的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述制备方法还包括在进行所述加捻之前的烘干步骤。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管复合纱线的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述石墨烯的片径为500nm-5μm，厚度为1～5nm。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管复合纱线的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一石墨烯分散液、所述第二石墨烯分散液分别通过如下方法制备而得：使石墨烯在超声作用下分散在纯水中；所述超声作用中，将纯水的水温控制在15-25℃，超声功率控制在300-400W，超声时间为2-3h，且每隔20-40min搅拌一次。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管复合纱线的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳纳米管通过阵列纺丝制备，所述阵列纺丝采用的碳纳米管阵列通过如下方法制备而得：将石英基底置于CVD管式炉中，在氩气和氢气存在下、在700-1200℃下、在催化剂存在下通入碳源气体，生长，停止通入氢气和碳源气体，在氩气保护下降温，直至室温，制成；其中，所述催化剂为二茂铁和二甲苯的混合液，所述混合液中二茂铁的浓度为0.04-0.08g/mL，所述氢气和所述氩气的流量比为1-3∶8。
7.根据权利要求6所述的碳纳米管复合纱线的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者它们的组合；所述碳源气体为乙炔，所述乙炔的流量为0.005-0.05L/min，所述生长的时间为2-15min。
8.一种权利要求1-7中任一项所述的制备方法制成的碳纳米管复合纱线。
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