CN115583648B - 一种热激励碳纳米管表面的改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纳米管的分散方法，主要包括以下步骤：将碳纳米管粉体与稀硝酸溶液混合；滤出混合液中的碳纳米管，使用压滤机对得到的碳纳米管湿体进行压滤得到含有稀硝酸碳纳米管压滤体；将碳纳米管压滤体填充至耐腐蚀金属管中并压实；将耐腐蚀金属管套入锥形喷管当中，推出耐腐蚀金属管中的碳纳米管压滤体，芯棒另一端仍保留在耐腐蚀金属管当中；芯棒端面中心与锥形喷管内腔同轴且该端面与锥形喷管内腔无接触；向耐腐蚀金属管与锥形喷管所形成的气隙鼓入压缩空气；耐腐蚀金属管、锥形喷管分别接入直流电源的负极与正极，使芯棒端面与锥形喷管产生电弧放电；持续推动芯棒向锥形喷管侧运动补充所消耗的芯棒端面部分，使整个过程达到动态平衡。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料加工领域，具体涉及一种热激励碳纳米管表面的改性方法。
背景技术
碳纳米管是一种具有极高力、热、电、化等性能的新型的纳米材料，在复合材料、电子信息材料等大面领域具有极高的应用价值。该材料结晶度高、表面缺陷少而程高化学惰性，因而与基体材料缺乏成键活性而很难有有效界面结合。为此，通过氧化、制造缺陷、引入官能团、化学修饰、接枝等物化手段对碳纳米管表面进行改性处理是提高制品性能的前提与关键。
国家发明专利ZL201811335147，公开了一种碳纳米管改性树脂碳纤维复合壳体的制备方法，使用浓硝酸和混酸的混合液并结合机械搅拌对碳纳米管进行改性1h，使用超声对碳纳米管进行分散。由于温度条件温和混酸改性缓慢，大概1h时常方有理想改性效果，同时可以注意到碳纳米管改性与分散分阶段进行而难以提高整体效率。
国家发明专利ZL201510963821.X，公开了一种碳纳米管分散方法，其采用等离子以高能流密度加热碳纳米管与可气化工质混合物方式，使可气化工质快速气化产生增体运动而使碳纳米管得到物理分散。该技术只对碳纳米管分散产生有益效果而不具备对碳纳米管的改性效果。
另外，以上公开的改性技术工艺繁琐、物料复杂，改性成本高昂。且以上公开的分散技术只将强热源应用到了激发工质的相变当中而对其中的改性潜力未加设计和应用，而使该技术没有同时解决碳纳米管的团聚、分散和改性问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种可以解决碳纳米管的团聚、分散和改性问题的热激励碳纳米管表面的改性方法。
为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
①、将碳纳米管粉体与稀硝酸溶液混合成固体含量1～30％、硝酸含量0.01～5mol/L的均质混合液；
②、滤出步骤①中混合液中的碳纳米管，进一步使用压滤机对得到的碳纳米管湿体进行压滤，压滤压力不低于0.5kg/cm2，得到含有稀硝酸碳纳米管压滤体；
③、将步骤②中所得到的碳纳米管压滤体填充至内径1～20mm的耐腐蚀金属管中并压实；
④、将步骤③中的耐腐蚀金属管套入锥形喷管当中，推出耐腐蚀金属管中的碳纳米管压滤体，使碳纳米管压滤体所形成的芯棒一端超出耐腐蚀金属管靠近锥形喷管一侧端面1～5mm，芯棒另一端仍保留在耐腐蚀金属管当中；
⑤、步骤④中超出耐腐蚀金属管的芯棒端面中心与锥形喷管内腔同轴且该端面与锥形喷管内腔无接触并保持最近距离不低于0.5mm；
⑥、向耐腐蚀金属管与锥形喷管所形成的气隙鼓入压力不低于0.02bar的压缩空气；
⑦、耐腐蚀金属管、锥形喷管分别接入直流电源的负极与正极，电源电压为2000～25000V，使芯棒端面与锥形喷管产生电弧放电；
⑧.持续推动芯棒向锥形喷管侧运动补充所消耗的芯棒端面部分，使整个过程达到动态平衡。
本发明的有益效果是，在碳纳米管实现高度气相分散的同时借助高温环境及硝酸作用使碳纳米管表面生成羟基、羧基官能团而几乎不残留硝酸，使碳纳米管的分散与改性两大关键性技术过程合二为一。
附图说明
附图1是本发明的实施结构图。
图中：1.芯棒，2.耐腐蚀金属管，3.压缩空气，4.锥形喷管，5.等离子电弧
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明具体的实施方法：
如图所示，将碳纳米管粉体与稀硝酸溶液混合成固体含量20％、硝酸含量2mol/L的均质混合液；过滤出混合液中的碳纳米管，使用压滤机对得到的碳纳米管湿体进行压滤，压滤压力2kg/cm2，得到含有稀硝酸碳纳米管压滤体；将所得到的碳纳米管压滤体填充至内径6mm、壁厚0.4mm、材质为316L不锈钢的耐腐蚀金属管(2)中并手动压实；将耐腐蚀金属管(2)套入锥形喷管(4)当中并推出其中的碳纳米管压滤体，使碳纳米管压滤体所形成的芯棒(1)一端超出该耐腐蚀金属管(2)靠近锥形喷管(4)一侧端面2mm，棒芯(1)另一端仍保留在耐腐蚀金属管(2)当中；棒芯(1)端面中心与锥形喷管(4)内腔同轴且该端面与锥形喷管(4)内腔无接触并保持最近距离为0.8mm；向耐腐蚀金属管(2)与锥形喷管(4)所形成的气隙鼓入压力0.03bar的压缩空气(3)；耐腐蚀金属管(2)、锥形喷管(4)分别接入直流电源的负极与正极，电源电压为5000V，使芯棒(1)端面与锥形喷管(4)产生等离子电弧放电(5)；按附图箭头方向持续推动芯棒(1)向锥形喷管(4)侧运动补充所消耗的芯棒(1)端面部分，使整个过程达到动态平衡。得到气相分散且表面改进的碳纳米管从等离子电弧放电(5)区域喷出。
Claims (1)
1.一种热激励碳纳米管表面的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：
①.将碳纳米管粉体与稀硝酸溶液混合成固体含量1～30％、硝酸含量0.01～5mol/L的均质混合液；
②.滤出步骤①中混合液中的碳纳米管，进一步使用压滤机对得到的碳纳米管湿体进行压滤，压滤压力不低于0.5kg/cm2，得到含有稀硝酸碳纳米管压滤体；
③.将步骤②中所得到的碳纳米管压滤体填充至内径1～20mm的耐腐蚀金属管中并压实；
④.将步骤③中的耐腐蚀金属管套入锥形喷管当中，推出耐腐蚀金属管中的碳纳米管压滤体，使碳纳米管压滤体所形成的芯棒一端超出耐腐蚀金属管靠近锥形喷管一侧端面1～5mm，芯棒另一端仍保留在耐腐蚀金属管当中；
⑤.步骤④中超出耐腐蚀金属管的芯棒端面中心与锥形喷管内腔同轴且该端面与锥形喷管内腔无接触并保持最近距离不低于0.5mm；
⑥.向耐腐蚀金属管与锥形喷管所形成的气隙鼓入压力不低于0.02bar的压缩空气；
⑦.耐腐蚀金属管、锥形喷管分别接入直流电源的负极与正极，电源电压为2000～25000V，使芯棒端面与锥形喷管产生电弧放电；
⑧.持续推动芯棒向锥形喷管侧运动补充所消耗的芯棒端面部分，使整个过程达到动态平衡。
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