CN114572765A - 一种碳纳米管加捻收集装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳纳米管加捻收集装置，包括高温反应炉管、外转动管、内转动管与缠绕辊，其中，高温反应炉管、外转动管、内转动管内分别开设有炉管内腔、外管腔、内管腔，炉管内腔中生成有碳纳米管团聚物，高温反应炉管上远离炉管内腔的一端与外转动管的一端相连接，外转动管的另一端向远离高温反应炉管的方向延伸，外管腔的内部设置有内转动管，内转动管的两端分别开设有前端出口与后端出口，所述内管腔中设置有一根金属丝，金属丝的前端穿经前端出口后延伸至炉管内腔中，金属丝的后端穿经后端出口后向缠绕辊的方向延伸，金属丝被内转动管所夹持，外转动管与内转动管的转动方向相逆。本设计不仅能在收集的同时进行加捻，而且易于操作，工作效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管的收集技术，属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米管加捻收集装置及使用方法。
背景技术
碳纳米管是一种具有优异光学、电学、热学和力学特征的材料。在应用时，由单根碳纳米管及其管束组成的薄膜和条带等宏观结构，在部分的集成了单根碳纳米管的优异性质的同时，也可以具备诸如透明、导电、柔性等宏观特性，这使得碳纳米管薄膜在基础研究和实际应用中都存在极大的潜力，比如：宏观碳纳米管薄膜作为超高强度、韧性材料，或高导电导热材料。同时，薄的碳纳米管薄膜因具备良好的柔韧性和导电性，并且透光率可通过厚度调节等特性，使其成为柔性透明导电薄膜的理想材料。此外，碳纳米管透明导电薄膜可以广泛应用于柔性电子器件，如碳纳米管薄膜可作为透明柔性电极，应用于发光二极管、太阳能电池、液晶显示屏等。
申请公布号为CN103922313A，申请公布日为2014年7月6日的发明专利申请公开了一种海绵态碳纳米管的收集装置及方法，其包括管式炉以及与所述管式炉相连通的收集箱，所述管式炉用于催化生成碳纳米管薄膜，所述收集箱内设有纺轴以及设置于所述纺轴上的收集装置，所述纺轴可被驱动地旋转以便将所述管式炉催化生成的碳纳米管薄膜卷绕在所述收集装置上，其中，所述收集箱内还设有与所述纺轴配合的层压装置，所述层压装置与所述纺轴的间距可调。虽然该设计能够实现批量收集，但其在应用时具备以下缺陷：
该设计只能实现简单的碳纳米管收集，不能赋予新的功能，如加捻，导致增加后续处理的负担。
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不能在收集的同时进行加捻的缺陷与问题，提供一种能在收集的同时进行加捻的碳纳米管加捻收集装置及使用方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种碳纳米管加捻收集装置，包括高温反应炉管，该高温反应炉管中生成有碳纳米管团聚物，该碳纳米管团聚物包括多根杂乱的碳纳米管纤维；
所述加捻收集装置还包括外转动管、内转动管与缠绕辊，所述高温反应炉管、外转动管、内转动管内各自对应的开设有炉管内腔、外管腔、内管腔，所述炉管内腔中生成有碳纳米管团聚物，高温反应炉管上远离炉管内腔的一端与外转动管的一端相连接，外转动管的另一端向远离高温反应炉管的方向延伸，外管腔的内部设置有内转动管，该内转动管的两端分别开设有前端出口与后端出口，所述内管腔中设置有一根金属丝，该金属丝的前端穿经前端出口后延伸至炉管内腔中，金属丝的后端穿经后端出口后向缠绕辊的方向延伸，且金属丝被内转动管所夹持；所述外转动管与内转动管的转动方向相逆。
所述高温反应炉管为石英管。
所述内转动管的转动速度大于或等于外转动管的转动速度。
所述内转动管的转动速度为外转动管的转动速度的一至十倍。
所述金属丝上延伸进炉管内腔的部位向上或向下翘起。
所述内转动管包括后管部与前遮部，所述后管部、前遮部的内部分别对应开设有后管腔、前遮腔，所述后管部的后端即为后端出口，后管部的前端与前遮部的后端相连接，前遮部的前端下延至低于后管部的底部，前遮部的底部开设有前端出口，该前端出口依次经前遮腔、后管腔后与后端出口相连通；
所述金属丝上近其前端的部位与前遮部的前端相抵，金属丝上近前端出口的部位与后管部的前端开口处相抵，金属丝上位于前遮部前端、前端开口之间的部位呈弧线形结构。
所述前端出口上与前端开口上相连接的部位高于前端出口上与前遮部的前端相连接的部位，且前端出口的横剖面为上凸的弧形结构。
所述内转动管包括下压板以及内部开设有后管腔的后管部；所述后管部的后端即为后端出口，后管部的前端开口的顶部与下压板的顶端相连接，下压板的底端斜向下延伸至低于后管部的底部，下压板的底端与前端开口之间夹成有前端出口，该前端出口经后管腔后与后端出口相连通；所述后端出口的顶部设置有后压板，该后压板的底端向下延伸；
所述金属丝上近其前端的部位与下压板的前端相抵，金属丝上近前端出口的部位与后管部的前端开口处相抵，金属丝上位于下压板前端、前端开口之间的部位呈弧线形结构；所述金属丝上近其后端的部位与后压板的底端相抵。
一种上述碳纳米管加捻收集装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：在炉管内腔中生成碳纳米管团聚物的同时，高温反应炉管、外转动管一同进行转动，内转动管的转动方向与外转动管相反，再将金属丝从后端出口穿入内管腔，然后从前端出口穿出，并伸入炉管内腔内的碳纳米管团聚物中，以与碳纳米管纤维相粘接，此时，金属丝被内转动管所夹持以一同转动，再将金属丝后拉，后拉的金属丝带动其上粘接的碳纳米管纤维一同向后运动，直至金属丝上粘接的碳纳米管纤维缠绕在缠绕辊的表面上，然后断开金属丝、碳纳米管纤维之间的连接，再由自转的缠绕辊对炉管内腔中生成的碳纳米管纤维继续进行连续收集。
所述将金属丝后拉的速度为0.2米/分钟——5米/分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种碳纳米管加捻收集装置及使用方法中，包括高温反应炉管、外转动管、内转动管，其中，高温反应炉管、外转动管一体转动，转动方向与内转动管的转动方向相反，内转动管内夹持有一根金属丝，该金属丝的前端穿经前端出口后延伸至炉管内腔中，金属丝的后端穿经后端出口后向缠绕辊的方向延伸，应用时，金属丝的前端伸入高温反应炉管内，且与碳纳米管纤维相粘接，再将金属丝后拉，以将其粘接的碳纳米管纤维一同向后拉动，此时，被加持的金属丝随同内转动管一并转动，从而使被粘接的碳纳米管纤维进行同向的转动，而高温反应炉管内的碳纳米管纤维则随高温反应炉管的转动方向进行转动，两种转动方向相反，从而对收集的碳纳米管纤维进行加捻，实现边收集边加捻，进而获得加捻后的碳纳米管纤维，降低后续处理的难度。因此，本发明能在收集的同时进行加捻，工作效率较高。
2、本发明一种碳纳米管加捻收集装置及使用方法中，所述内转动管的转动速度大于或等于外转动管的转动速度，应用时，该设计能够更加契合外转动管、内转动管之间的相对位置关系，有利于加捻的顺利完成，且在加捻的同时，还不会妨碍碳纳米管纤维在横向的向后运动，尤其当内转动管的转动速度为外转动管的转动速度的一至十倍时，效果更佳。因此，本发明的加捻效果较佳。
3、本发明一种碳纳米管加捻收集装置及使用方法中，当内转动管包括后管部与前遮部时，后管部、前遮部的内部分别对应开设有后管腔、前遮腔，其中，后管部的前端与前遮部的后端相连接，前遮部的前端下延至低于后管部的底部，前遮部的底部开设有前端出口，该前端出口依次经前遮腔、后管腔后与后端出口相连通，此时，金属丝存在两个被抵住的部位：一个是金属丝上近其前端的部位被前遮部的前端下压并抵紧，另一个是金属丝上近前端出口的部位被后管部的前端开口向上抵住，以使金属丝上位于前遮部前端、前端开口之间的部位呈弧线形结构，从而使金属丝被内转动管夹持住，进而使得金属丝能够与内转动管一同转动，再带动金属丝上粘接的碳纳米管纤维转动，而当碳纳米管纤维与金属丝脱离后，在惯性的作用下，后续的碳纳米管纤维依然能够与内转动管同方向的转动，确保所有后续的碳纳米管纤维在收集的同时都被加捻。因此本发明能够实现加捻收集，且操作方便。
4、本发明一种碳纳米管加捻收集装置及使用方法中，对于金属丝的夹持还存在另外一种技术方案，即金属丝上近其前端的部位与下压板的前端相抵，金属丝上近前端出口的部位与后管部的前端开口处相抵，金属丝上位于下压板前端、前端开口之间的部位呈弧线形结构，所述金属丝上近其后端的部位与后压板的底端相抵，此时，金属丝在内转动管内存在三处相抵的部位，夹持效果更好，也能使后续金属丝在横向的后拉运动更为稳定，尤其在金属丝随内转动管一同转动的前提下，获得更为稳定的转动效果，确保加捻收集的顺利完成。因此，本发明的稳定性较强。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中内转动管的立体结构示意图。
图3是图2的剖视图。
图4是图1中高温反应炉管、外转动管的立体结构示意图。
图5是图4的剖视图。
图6是本发明中下压板与后管部的连接示意图。
图7是图6中下压板的结构示意图。
图中：高温反应炉管1、炉管内腔11、碳纳米管团聚物2、碳纳米管纤维21、外转动管3、外管腔31、内转动管4、内管腔41、前端出口42、后端出口43、后管部44、后管腔441、前端开口442、前遮部45、前遮腔451、折外面452、前端夹角453、下压板46、板内腔461、后压板47、缠绕辊5、金属丝6、过渡段61、外轴承7、内轴承8。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1—图7，一种碳纳米管加捻收集装置，包括高温反应炉管1，该高温反应炉管1中生成有碳纳米管团聚物2，该碳纳米管团聚物2包括多根杂乱的碳纳米管纤维21；
所述加捻收集装置还包括外转动管3、内转动管4与缠绕辊5，所述高温反应炉管1、外转动管3、内转动管4内各自对应的开设有炉管内腔11、外管腔31、内管腔41，所述炉管内腔11中生成有碳纳米管团聚物2，高温反应炉管1上远离炉管内腔11的一端与外转动管3的一端相连接，外转动管3的另一端向远离高温反应炉管1的方向延伸，外管腔31的内部设置有内转动管4，该内转动管4的两端分别开设有前端出口42与后端出口43，所述内管腔41中设置有一根金属丝6，该金属丝6的前端穿经前端出口42后延伸至炉管内腔11中，金属丝6的后端穿经后端出口43后向缠绕辊5的方向延伸，且金属丝6被内转动管4所夹持；所述外转动管3与内转动管4的转动方向相逆。
所述高温反应炉管1为石英管。
所述内转动管4的转动速度大于或等于外转动管3的转动速度。
所述内转动管4的转动速度为外转动管3的转动速度的一至十倍。
所述金属丝6上延伸进炉管内腔11的部位向上或向下翘起。
所述内转动管4包括后管部44与前遮部45，所述后管部44、前遮部45的内部分别对应开设有后管腔441、前遮腔451，所述后管部44的后端即为后端出口43，后管部44的前端与前遮部45的后端相连接，前遮部45的前端下延至低于后管部44的底部，前遮部45的底部开设有前端出口42，该前端出口42依次经前遮腔451、后管腔441后与后端出口43相连通；
所述金属丝6上近其前端的部位与前遮部45的前端相抵，金属丝6上近前端出口42的部位与后管部44的前端开口442处相抵，金属丝6上位于前遮部45前端、前端开口442之间的部位呈弧线形结构。
所述前端出口42上与前端开口442上相连接的部位高于前端出口42上与前遮部45的前端相连接的部位，且前端出口42的横剖面为上凸的弧形结构。
所述内转动管4包括下压板46以及内部开设有后管腔441的后管部44；所述后管部44的后端即为后端出口43，后管部44的前端开口442的顶部与下压板46的顶端相连接，下压板46的底端斜向下延伸至低于后管部44的底部，下压板46的底端与前端开口442之间夹成有前端出口42，该前端出口42经后管腔441后与后端出口43相连通；所述后端出口43的顶部设置有后压板47，该后压板47的底端向下延伸；
所述金属丝6上近其前端的部位与下压板46的前端相抵，金属丝6上近前端出口42的部位与后管部44的前端开口442处相抵，金属丝6上位于下压板46前端、前端开口442之间的部位呈弧线形结构；所述金属丝6上近其后端的部位与后压板47的底端相抵。
一种上述碳纳米管加捻收集装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：在炉管内腔11中生成碳纳米管团聚物2的同时，高温反应炉管1、外转动管3一同进行转动，内转动管4的转动方向与外转动管3相反，再将金属丝6从后端出口43穿入内管腔41，然后从前端出口42穿出，并伸入炉管内腔11内的碳纳米管团聚物2中，以与碳纳米管纤维21相粘接，此时，金属丝6被内转动管4所夹持以一同转动，再将金属丝6后拉，后拉的金属丝6带动其上粘接的碳纳米管纤维21一同向后运动，直至金属丝6上粘接的碳纳米管纤维21缠绕在缠绕辊5的表面上，然后断开金属丝6、碳纳米管纤维21之间的连接，再由自转的缠绕辊5对炉管内腔11中生成的碳纳米管纤维21继续进行连续收集。
所述将金属丝6后拉的速度为0.2米/分钟——5米/分钟。
本发明的原理说明如下：
本发明中金属丝6的制造材料为耐高温的金属，优选为铁丝。
本发明中前遮部45的外侧面，即折外面452为向外隆起的弧面结构，该折外面452与前端开口442之间的前端夹角453为锐角，优选为十五度至四十五度。
本发明在外转动管3、内转动管4上靠近各自后端的部位上对应的套设有外轴承7、内轴承8。
实施例1：
参见图1—图7，一种碳纳米管加捻收集装置，包括高温反应炉管1，该高温反应炉管1中生成有碳纳米管团聚物2，该碳纳米管团聚物2包括多根杂乱的碳纳米管纤维21；所述加捻收集装置还包括外转动管3、内转动管4与缠绕辊5，所述高温反应炉管1、外转动管3、内转动管4内各自对应的开设有炉管内腔11、外管腔31、内管腔41，所述炉管内腔11中生成有碳纳米管团聚物2，高温反应炉管1上远离炉管内腔11的一端与外转动管3的一端相连接，外转动管3的另一端向远离高温反应炉管1的方向延伸，外管腔31的内部设置有内转动管4，该内转动管4的两端分别开设有前端出口42与后端出口43，所述内管腔41中设置有一根金属丝6，该金属丝6的前端穿经前端出口42后延伸至炉管内腔11中，金属丝6的后端穿经后端出口43后向缠绕辊5的方向延伸，且金属丝6被内转动管4所夹持；所述外转动管3与内转动管4的转动方向相逆。优选高温反应炉管1为石英管。
一种上述碳纳米管加捻收集装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：在炉管内腔11中生成碳纳米管团聚物2的同时，高温反应炉管1、外转动管3一同进行转动，内转动管4的转动方向与外转动管3相反（内转动管4的转动速度大于或等于外转动管3的转动速度），再将金属丝6从后端出口43穿入内管腔41，然后从前端出口42穿出，并伸入炉管内腔11内的碳纳米管团聚物2中，以与碳纳米管纤维21相粘接，此时，金属丝6被内转动管4所夹持以一同转动，再将金属丝6后拉，后拉的金属丝6带动其上粘接的碳纳米管纤维21一同向后运动，直至金属丝6上粘接的碳纳米管纤维21缠绕在缠绕辊5的表面上，然后断开金属丝6、碳纳米管纤维21之间的连接，再由自转的缠绕辊5对炉管内腔11中生成的碳纳米管纤维21继续进行连续收集。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述内转动管4包括后管部44与前遮部45，所述后管部44、前遮部45的内部分别对应开设有后管腔441、前遮腔451，所述后管部44的后端即为后端出口43，后管部44的前端与前遮部45的后端相连接，前遮部45的前端下延至低于后管部44的底部，前遮部45的底部开设有前端出口42，该前端出口42依次经前遮腔451、后管腔441后与后端出口43相连通；所述金属丝6上近其前端的部位与前遮部45的前端相抵，金属丝6上近前端出口42的部位与后管部44的前端开口442处相抵，金属丝6上位于前遮部45前端、前端开口442之间的部位呈弧线形结构。
实施例3：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
参见图6与图7，所述内转动管4包括下压板46以及内部开设有后管腔441的后管部44；所述后管部44的后端即为后端出口43，后管部44的前端开口442的顶部与下压板46的顶端相连接，下压板46的底端斜向下延伸至低于后管部44的底部，下压板46的底端与前端开口442之间夹成有前端出口42，该前端出口42经后管腔441后与后端出口43相连通；所述后端出口43的顶部设置有后压板47，该后压板47的底端向下延伸；所述金属丝6上近其前端的部位与下压板46的前端相抵，金属丝6上近前端出口42的部位与后管部44的前端开口442处相抵，金属丝6上位于下压板46前端、前端开口442之间的部位呈弧线形结构；所述金属丝6上近其后端的部位与后压板47的底端相抵。
实施例4：
基本内容同实施例2，不同之处在于：
“金属丝6上与前遮部45的前端相抵的部位”，与“高温反应炉管1、外转动管3的相连接处”之间存在过渡段61，该过渡段61依然位于内管腔41中。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (10)
1.一种碳纳米管加捻收集装置，包括高温反应炉管（1），该高温反应炉管（1）中生成有碳纳米管团聚物（2），该碳纳米管团聚物（2）包括多根杂乱的碳纳米管纤维（21），其特征在于：
所述加捻收集装置还包括外转动管（3）、内转动管（4）与缠绕辊（5），所述高温反应炉管（1）、外转动管（3）、内转动管（4）内各自对应的开设有炉管内腔（11）、外管腔（31）、内管腔（41），所述炉管内腔（11）中生成有碳纳米管团聚物（2），高温反应炉管（1）上远离炉管内腔（11）的一端与外转动管（3）的一端相连接，外转动管（3）的另一端向远离高温反应炉管（1）的方向延伸，外管腔（31）的内部设置有内转动管（4），该内转动管（4）的两端分别开设有前端出口（42）与后端出口（43），所述内管腔（41）中设置有一根金属丝（6），该金属丝（6）的前端穿经前端出口（42）后延伸至炉管内腔（11）中，金属丝（6）的后端穿经后端出口（43）后向缠绕辊（5）的方向延伸，且金属丝（6）被内转动管（4）所夹持；
所述外转动管（3）与内转动管（4）的转动方向相逆。
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管加捻收集装置，其特征在于：所述高温反应炉管（1）为石英管。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳纳米管加捻收集装置，其特征在于：所述内转动管（4）的转动速度大于或等于外转动管（3）的转动速度。
4.根据权利要求3所述的一种碳纳米管加捻收集装置，其特征在于：所述内转动管（4）的转动速度为外转动管（3）的转动速度的一至十倍。
5.根据权利要求1或2所述的一种碳纳米管加捻收集装置，其特征在于：所述金属丝（6）上延伸进炉管内腔（11）的部位向上或向下翘起。
6.根据权利要求1或2所述的一种碳纳米管加捻收集装置，其特征在于：所述内转动管（4）包括后管部（44）与前遮部（45），所述后管部（44）、前遮部（45）的内部分别对应开设有后管腔（441）、前遮腔（451），所述后管部（44）的后端即为后端出口（43），后管部（44）的前端与前遮部（45）的后端相连接，前遮部（45）的前端下延至低于后管部（44）的底部，前遮部（45）的底部开设有前端出口（42），该前端出口（42）依次经前遮腔（451）、后管腔（441）后与后端出口（43）相连通；
所述金属丝（6）上近其前端的部位与前遮部（45）的前端相抵，金属丝（6）上近前端出口（42）的部位与后管部（44）的前端开口（442）处相抵，金属丝（6）上位于前遮部（45）前端、前端开口（442）之间的部位呈弧线形结构。
7.根据权利要求6所述的一种碳纳米管加捻收集装置，其特征在于：所述前端出口（42）上与前端开口（442）上相连接的部位高于前端出口（42）上与前遮部（45）的前端相连接的部位，且前端出口（42）的横剖面为上凸的弧形结构。
8.根据权利要求1或2所述的一种碳纳米管加捻收集装置，其特征在于：所述内转动管（4）包括下压板（46）以及内部开设有后管腔（441）的后管部（44）；所述后管部（44）的后端即为后端出口（43），后管部（44）的前端开口（442）的顶部与下压板（46）的顶端相连接，下压板（46）的底端斜向下延伸至低于后管部（44）的底部，下压板（46）的底端与前端开口（442）之间夹成有前端出口（42），该前端出口（42）经后管腔（441）后与后端出口（43）相连通；所述后端出口（43）的顶部设置有后压板（47），该后压板（47）的底端向下延伸；
所述金属丝（6）上近其前端的部位与下压板（46）的前端相抵，金属丝（6）上近前端出口（42）的部位与后管部（44）的前端开口（442）处相抵，金属丝（6）上位于下压板（46）前端、前端开口（442）之间的部位呈弧线形结构；所述金属丝（6）上近其后端的部位与后压板（47）的底端相抵。
9.一种权利要求1所述的碳纳米管加捻收集装置的使用方法，其特征在于所述使用方法包括以下步骤：
在炉管内腔（11）中生成碳纳米管团聚物（2）的同时，高温反应炉管（1）、外转动管（3）一同进行转动，内转动管（4）的转动方向与外转动管（3）相反，再将金属丝（6）从后端出口（43）穿入内管腔（41），然后从前端出口（42）穿出，并伸入炉管内腔（11）内的碳纳米管团聚物（2）中，以与碳纳米管纤维（21）相粘接，此时，金属丝（6）被内转动管（4）所夹持以一同转动，再将金属丝（6）后拉，后拉的金属丝（6）带动其上粘接的碳纳米管纤维（21）一同向后运动，直至金属丝（6）上粘接的碳纳米管纤维（21）缠绕在缠绕辊（5）的表面上，然后断开金属丝（6）、碳纳米管纤维（21）之间的连接，再由自转的缠绕辊（5）对炉管内腔（11）中生成的碳纳米管纤维（21）继续进行连续收集。
10.根据权利要求9所述的一种碳纳米管加捻收集装置的使用方法，其特征在于：所述将金属丝（6）后拉的速度为0.2米/分钟——5米/分钟。
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