CN211879624U

CN211879624U - 绝缘夹具及碳纳米管纤维电加热处理装置

Info

Publication number: CN211879624U
Application number: CN202020572432.0U
Authority: CN
Inventors: 庞志纯; 邸江涛; 李清文
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2030-04-17

Abstract

本实用新型公开了一种绝缘夹具及碳纳米管纤维电加热处理装置。所述绝缘夹具包括夹具主体以及与夹具主体连接的绝缘连接杆，所述夹具主体包括第一夹持构件和第二夹持构件，所述第一夹持构件与第二夹持构件经一连接构件活动连接而在第一夹持构件与第二夹持构件之间形成一可开合的夹持结构；以及，所述第一夹持构件、第二夹持构件上还分别连接有导电构件，所示导电构件设置于所述夹持结构内并能够与所述碳纳米管纤维电性接触。本实用新型提供的碳纳米管纤维电加热处理装置，能够实现对碳纳米管纤维的快速加工，只需要以保护溶剂浸润碳纳米管纤维，即可在室温环境下实现对碳纳米管纤维的通电增强处理，进而极大的降低了碳纳米管纤维增强处理的成本。

Description

绝缘夹具及碳纳米管纤维电加热处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种碳纳米管纤维电加热处理装置，特别涉及一种用于碳纳米管纤维电加热处理的绝缘夹具及碳纳米管纤维电加热处理装置，属于机械技术领域。

背景技术

现有技术中的碳纳米管纤维的高温电加热处理主要是在氩气保护或者真空装置下进行的。

真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热处理：真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热处理包括:将碳纳米管纤维放入真空管中，碳纳米管纤维下方连接一重物起到牵伸作用，在碳纳米管纤维两头连接一电源；在实验时，需要先将真空管抽真空，之后向碳纳米管纤维通以一个高电流，使纤维在高温高电流下，会得到快速的牵伸以及碳纳米管间的键合，从而提高碳纳米管纤维的力学强度；然而，真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热法存在如下缺点：

1)费用昂贵：真空装置的费用较为昂贵，其中实验室所用较小型分子泵机组的价格在5-10万，其他配套装置如真空传感器显示表、变径法兰、推板阀门、安装纤维的定制亚克力圆筒箱等的费用也达到2万，导致实验的成本、工业生产时的成本很高；

2)耗时长：在实验室中，真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热装置的搭建需要半个小时，抽真空大约需要一个小时，且由于抽真空装置的长度有限，每次可以增强的纤维长度很短，大约为10-20厘米，因此，需要大量的重复实验才可以做出所需数量的样品；同样，在工业生产中，由于需要批量生产，所需装置搭建时间、抽真空时间、自然会大大加长；

3)装置繁琐且对装置要求高：碳纳米管纤维的高温电加热装置的结构较为繁琐，且由于是真空环境，所以对装碳纳米管纤维所需的圆筒箱的密封程度、管壁厚度等都有较为严格的要求；

4)不利于批量生产及其产业化：由于装置昂贵，实验设备复杂且实验耗时较长使得此种方法的工业化收到的极大的限制，且突破难度较大；

氩气保护下的碳纳米管纤维高温电加热处理：该方法是真空高温电加热法的简易版，其装置搭建与实验方法包括:将碳纳米管纤维放入一个石英管中，纤维下方连接一重物起到牵伸作用，在纤维两头链接一电源，在石英管的侧边连接一个气路，用来通入氩气；在实验时，需要先打开气路，将氩气通入石英管中两分钟以上，将石英管中的空气排出，之后通以一个高电流，使纤维在高温高电流下，得到快速的牵伸以及碳纳米管间的键合，从而提高碳纳米管纤维的力学强度；然而，真空装置下碳纳米管纤维的高温电加热法存在如下缺点：

1)该方法所使用的装置结构繁琐、安装费时，实验时装置搭建需要半个小时，每次实验需要提前通氩气两分钟以上，且由于装置的限制，每次只可以得到10-15厘米的样品，需要进行大量的重复实验才可以得到所需的样品数；

2)纤维力学增强效果不够理想，此种装置无法完全排除石英管中的氧气，使得纤维在高温电加热使局部烧毁，降低纤维的力学性能，另外，所制得的样品模量较大，使得纤维脆性很强，不利于纤维近一步的应用；

3)装置较为昂贵：一瓶40升氩气的费用在500-300元，实验中消耗氩气量较大，且随着实验次数的增加，消耗氩气的量也在逐步增加；

4)不利于批量生产产业化由于实验设备复杂，实验耗时较长且纤维增强后模量较大等缺点，使得此种方法的工业化受到较大的限制。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于碳纳米管纤维电加热处理的绝缘夹具及碳纳米管纤维电加热处理装置。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种用于碳纳米管纤维电加热处理的绝缘夹具，其包括夹具主体以及与夹具主体连接的绝缘连接杆，所述夹具主体包括第一夹持构件和第二夹持构件，所述第一夹持构件与第二夹持构件经一连接构件活动连接而在第一夹持构件与第二夹持构件之间形成一可开合的夹持结构，所述夹持结构用于固定待处理的碳纳米管纤维；以及，所述第一夹持构件、第二夹持构件上还分别连接有导电构件，所示导电构件设置于所述夹持结构内并能够与所述碳纳米管纤维电性接触。

进一步的，所述连接构件为一螺杆，所述螺杆与所述第一夹持构件、第二夹持构件螺接。

进一步的，所述第一夹持构件与第二夹持构件无直接接触，所述绝缘连接杆与所述第一夹持构件固定连接，且所述第一夹持构件与第二夹持构件之间还设置有一弹性构件。

进一步的，所述弹性构件套设在所述螺杆上。

进一步的，所述弹性构件包括弹簧。

进一步的，所述导电构件完全覆盖所述第一夹持构件或第二夹持构件的指定区域。

进一步的，所述导电构件包括块规。

进一步的，所述块规与碳纳米管纤维接触的工作面为光滑平面。

本实用新型实施例还提供了一种碳纳米管纤维电加热处理装置，其包括驱动机构和夹具，所述驱动机构与所述夹具传动连接，并用于牵拉被所述夹具固定的待处理碳纳米管纤维；其中，所述夹具为所述用于碳纳米管纤维电加热处理的绝缘夹具，其中的导电构件还用于与电源电连接。

进一步的，所述碳纳米管纤维电加热处理装置包括两个相对设置的夹具，所述驱动机构的运动部件与所述夹具的绝缘连接杆固定连接。

进一步的，所述驱动机构包括牵拉设备。

与现有技术相比，本实用新型的优点包括：

1)本实用新型实施例还提供了一种碳纳米管纤维电加热处理装置，能够实现对碳纳米管纤维的快速加工，与在真空装置以及氩气保护装置下进行纤维增强方法相比，本实用新型实施例还提供了一种碳纳米管纤维电加热处理装置，只需要以保护溶剂浸润碳纳米管纤维，即可在室温环境下实现对碳纳米管纤维的通电增强处理，而无需提供额外的保护装置，进而极大的降低了碳纳米管纤维增强处理的成本；

2)本实用新型实施例还提供了一种碳纳米管纤维电加热处理装置，在碳纳米管纤维被固定在拉拔(或牵伸)装置后即可进行，处理耗时很短，且被拉拔的碳纳米管纤维样品的长度可以达到50cm，进而可以大大减少操作的次数。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一典型实施案例中一种用于碳纳米管纤维电加热处理的绝缘夹具的结构示意图；

图2是本实用新型一典型实施案例中一种用于碳纳米管纤维电加热处理的绝缘夹具的侧视结构示意图；

图3是本实用新型一典型实施案例中一种用于碳纳米管纤维电加热处理的绝缘夹具的俯视结构示意图；

图4是本实用新型一典型实施案例中一种用于碳纳米管纤维电加热处理装置的结构示意图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

碳纳米管纤维：碳纳米管纤维(CNT纤维)，是由碳纳米管制成的纤维，碳纳米管纤维的制备方法有溶液纺丝法，阵列法，浮动催化法等。

碳纳米管纤维的电加热：给碳纳米管纤维通较低的电流，能使纤维发热软化，给碳纳米管纤维通强电流，能使纤维中的碳纳米管之间产生焊接效果。

碳纳米管纤维力学性能的电加热增强法：目前国内外生产的碳纳米管纤维，力学性能都不理想，全世界的科研人员都在不遗余力地开发各种增强方法，其中，用低电流电加热的方法，能使纤维软化，同时进行纤维的牵伸，能使纤维中的纳米管排列更有序、更紧密，强度有所提高。高电流电加热能使纳米管之间实现焊接，使纤维的强度得到更大幅度提高。

本实用新型实施例提供了一种用于碳纳米管纤维电加热处理的绝缘夹具，其包括夹具主体以及与夹具主体连接的绝缘连接杆，所述夹具主体包括相对设置的第一夹持构件和第二夹持构件，所述第一夹持构件与第二夹持构件经一连接构件活动连接而在第一夹持构件与第二夹持构件之间形成一可开合的夹持结构，所述夹持结构用于固定待处理的碳纳米管纤维；以及，所述第一夹持构件、第二夹持构件上还分别连接有导电构件，所示导电构件设置于所述夹持结构内并能够与所述碳纳米管纤维电性接触。

在一些较为具体的实施方案中，请参阅图4，一种碳纳米管纤维电加热处理装置包括驱动机构、至少两个绝缘夹具和电源，该绝缘夹具与驱动机构传动连接，并且，该绝缘夹具上具有导电构件，该绝缘夹具的导电构件与电源电连接。

具体的，请参阅图1-图3，该绝缘夹具包括夹具主体10、与夹具主体连接的绝缘连接杆20以及固定设置在夹具主体上的两个导电构件50，该夹具主体10包括相对设置的第一夹持构件11和第二夹持构件12，该第一夹持构件11与第二夹持构件12经一螺杆30连接而在第一夹持构件11与第二夹持构件12之间形成一可开合的夹持结构，其中，该两个导电构件50设置在该夹持结构内，且两个导电构件被分别对应固定在第一夹持构件11、第二夹持结构12上。

具体的，第一夹持构件11经一支撑连接片或支撑连接块13与绝缘连接杆20固定连接，第一夹持构件11、第二夹持构件12相对设置并与螺杆30螺纹连接，通过旋转螺杆30而至少使第二夹持构件12沿螺杆30的轴向运动，进而实现夹持结构的开合；具体的，第一夹持构件11、第二夹持构件12的结构、形状可以是相同的，第一夹持构件11和第二夹持构件12的结构、形状可以是相同的，第一夹持构件11和第二夹持构件12对称设置在夹持结构两侧，其中的导电构件50通固定粘接在第一夹持构件11、第二夹持构件12的端部，且导电构件50至少完全覆盖第一夹持构件11、第二夹持构件12的端部区域。

具体的，在第一夹持构件11和第二夹持构件12之间还设置有一弹簧40，该弹簧40的两端分别与第一夹持构件11、第二夹持构件12连接或接触，当旋转螺杆30以打开夹持结构时，弹簧40能够提供抵推第一夹持构件11、第二夹持构件12的弹力，即，当第一夹持构件11和第二夹持构件12处于夹持的工作状态(即第一夹持构件11、第二夹持构件12夹持碳纳米管纤维)时，该弹簧40处于弹性压缩状态；具体的，该弹簧40同轴套设在螺杆30上。

具体的，该导电构件50可以是金属片，更为具体的，该导电构件50为块规，块规作为一种精密测量厚度用的量具，硬度高、且表面非常平滑，将块规用胶水粘贴在第一夹持构件11、第二夹持构件12上，能大大改善对碳纳米管纤维的夹紧作用，进而避免在对碳纳米管进行拉伸时出现样品从夹持结构上滑落的问题。

具体的，该驱动机构(或者理解为施力机构、拉拔或牵伸机构))可以是拉力机，在使用该碳纳米管纤维电加热处理装置对碳纳米管纤维进行增强处理时可以包括如下过程：

1)先将两个绝缘夹具的绝缘连接杆20插入在拉力机的运动部件的插孔内并用销轴固定，之后将电源输出线的鳄鱼夹分别夹设在第一夹持构件11、第二夹持构件12的块规50上，块规与碳纳米管纤维接触的工作面为光滑平面，两个块规结合并夹持碳纳米管纤维时在保证不对碳纳米管纤维造成磨损的同时还能够在两个块规的工作面之间形成接近与真空的环境，进而使两个块规牢固结合；将待处理的碳纳米管纤维(预先将碳纳米管纤维于室温条件下在丙三醇中浸渍3h以上)的两端分别夹紧在第一夹持构件11、第二夹持构件12之间的夹持结构内；

2)向碳纳米管纤维中通入电流的同时以拉力机对碳纳米管纤维进行牵伸，通电结束后关闭电源并停止对碳纳米管纤维施加力，取下纤维进而获得力学增强后的碳纳米管纤维。

其中，可以通过控制拉力机来实现施加于碳纳米管纤维上的拉力(或者理解为载荷)的大小；向所述碳纳米管纤维内通入的电流的电流密度为25A/mm²～65A/mm²、通入电流的时间大于0且小于120min；和/或，向所述碳纳米管纤维内通入的电流的电流密度为25A/mm²，通入电流的时间小于120分钟；和/或，向所述碳纳米管纤维内通入的电流的电流密度为65A/mm²，通入电流的时间大于0且小于1s；施加在所述碳纳米管纤维两端的拉力大于0N但小于所述碳纳米管纤维极限拉断力的50％。

本实用新型实施例提供的一种用于碳纳米管纤维电加热处理的绝缘夹具，结构简单，使用方便，该绝缘夹具能够实现在对碳纳米管纤维进行固定牵拉的同时可向被夹持固定的碳纳米管纤维内通入电流；以及，该绝缘夹具夹持结构内的块规在实现与碳纳米管纤维电连接的同时，还可以有效防止被夹持的碳纳米管纤维滑脱的问题发生。

本实用新型实施例还提供了一种碳纳米管纤维电加热处理装置，能够实现对碳纳米管纤维的快速加工，与在真空装置以及氩气保护装置下进行纤维增强方法相比，本实用新型实施例还提供了一种碳纳米管纤维电加热处理装置，只需要以保护溶剂浸润碳纳米管纤维，即可在室温环境下实现对碳纳米管纤维的通电增强处理，而无需提供额外的保护装置，进而极大的降低了碳纳米管纤维增强处理的成本。

本实用新型实施例还提供了一种碳纳米管纤维电加热处理装置，在碳纳米管纤维被固定在拉拔(或牵伸)装置后即可进行，处理耗时很短，且被拉拔的碳纳米管纤维样品的长度可以达到50cm，进而可以大大减少操作的次数。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种绝缘夹具，用于碳纳米管纤维电加热处理，其特征在于包括夹具主体以及与夹具主体连接的绝缘连接杆，所述夹具主体包括第一夹持构件和第二夹持构件，所述第一夹持构件与第二夹持构件经一连接构件活动连接而在第一夹持构件与第二夹持构件之间形成一可开合的夹持结构，所述夹持结构用于固定待处理的碳纳米管纤维；以及，所述第一夹持构件、第二夹持构件上还分别连接有导电构件，所示导电构件设置于所述夹持结构内并能够与所述碳纳米管纤维电性接触。

2.根据权利要求1所述的绝缘夹具，其特征在于：所述连接构件为一螺杆，所述螺杆与所述第一夹持构件、第二夹持构件螺接。

3.根据权利要求2所述的绝缘夹具，其特征在于：所述第一夹持构件与第二夹持构件无直接接触，所述绝缘连接杆与所述第一夹持构件固定连接，且所述第一夹持构件与第二夹持构件之间还设置有一弹性构件。

4.根据权利要求3所述的绝缘夹具，其特征在于：所述弹性构件套设在所述螺杆上。

5.根据权利要求3所述的绝缘夹具，其特征在于：所述弹性构件包括弹簧。

6.根据权利要求1所述的绝缘夹具，其特征在于：所述导电构件完全覆盖所述第一夹持构件或第二夹持构件的指定区域。

7.根据权利要求6所述的绝缘夹具，其特征在于：所述导电构件包括块规。

8.根据权利要求7所述的绝缘夹具，其特征在于：所述块规与碳纳米管纤维接触的工作面为光滑面。

9.一种碳纳米管纤维电加热处理装置，其特征在于包括驱动机构和夹具，所述驱动机构与所述夹具传动连接，用于牵拉被所述夹具固定的待处理碳纳米管纤维；其中，所述夹具为权利要求1-8中任一项所述的绝缘夹具，其中的导电构件还用于与电源电连接。

10.根据权利要求9所述碳纳米管纤维电加热处理装置，其特征在于包括两个相对设置的夹具，所述驱动机构的运动部件与所述夹具的绝缘连接杆固定连接。

11.根据权利要求9所述碳纳米管纤维电加热处理装置，其特征在于：所述驱动机构包括牵拉设备。