纱线制造装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201380077747.0 | 申请日 | 2013-07-05 | 公开(公告)号 | CN105339534B | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 村田机械株式会社; | 发明人 | 矢野史章; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供能够实现 碳 纳米管 纱线 制造的快速化的纱线制造装置。纱线制造装置(1)具备使行进的 碳纳米管 纤维 群(F)聚集的纱线制造部(5)，纱线制造部(5)具有 喷嘴 主体部(10)、设置于喷嘴主体部(10)并利用压缩空气在与碳纳米管纤维群(F)的行进方向 正交 的方向产生第一旋转流(SF1)的第一喷嘴部(20)、以及设置于喷嘴主体部(10)并利用压缩空气在与碳纳米管纤维群(F)的行进方向正交的方向且是与第一旋转流相反的方向产生第二旋转流(SF2)的第二喷嘴部(30)，第一喷嘴部(20)和第二喷嘴部(30)在喷嘴主体部(10)中，在碳纳米管纤维群(F)的行进方向上配置于不同的 位置 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种纱线制造装置，一边使碳纳米管纤维群行进一边由该碳纳米管纤维群制造碳纳米管纱线，其特征在于， |
||||||
| 说明书全文 | 纱线制造装置技术领域背景技术[0002] 作为现有的碳纳米管纱线的纱线制造装置，公知有例如专利文献1所记载的装置。在专利文献1所记载的纱线制造装置中，通过设置于碳纳米管纤维群的行进方向的上游侧的旋转区域对碳纳米管纤维群朝一个方向加捻，并且通过设置于上述旋转区域的下游侧的其它旋转区域朝与一个方向相反的另一方向加捻。 [0003] 专利文献1：国际公开第2008/22129号手册 [0004] 在从碳纳米管纤维群制造碳纳米管纱线的纱线制造装置中，要求更快速地制造碳纳米管纱线。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种能够实现碳纳米管纱线制造的快速化的纱线制造装置。 [0006] 本发明的一个方面的纱线制造装置一边使碳纳米管纤维群行进一边由该碳纳米管纤维群制造碳纳米管纱线，其特征在于，具备使行进的碳纳米管纤维群聚集的纱线制造部，纱线制造部具有：喷嘴主体部，其供碳纳米管纤维群插通；第一喷嘴部，其设置于喷嘴主体部，利用压缩空气在与碳纳米管纤维群的行进方向正交的方向产生第一旋转流；以及第二喷嘴部，其设置于喷嘴主体部，利用压缩空气在与碳纳米管纤维群的行进方向正交的方向且是与第一旋转流相反的方向产生第二旋转流，在喷嘴主体部中，第一喷嘴部和第二喷嘴部在碳纳米管纤维群的行进方向上设置于不同的位置。此外，上述正交的方向的旋转流包括含有与碳纳米管纤维群的行进方向正交的方向的旋转分量的旋转流。即，即使在向碳纳米管纤维群的行进方向产生压缩空气的情况下，在包含与碳纳米管纤维群的行进方向正交的方向的旋转分量时也包含于本发明的旋转流。 [0007] 在该纱线制造装置中，利用旋转流对碳纳米管纤维群进行加捻，所以能够快速制造将碳纳米管纤维群聚集而成的碳纳米管纱线。此时，在纱线制造装置中，利用第一喷嘴部产生第一旋转流，利用第二喷嘴部产生与第一旋转流方向相反的第二旋转流。因此，在纱线制造装置中，能够对碳纳米管纤维群实施假捻并使其快速聚集。另外，在纱线制造装置中，由于是利用压缩空气产生旋转流并对碳纳米管纤维群进行加捻的构造，所以能够通过调整压缩空气的量容易调整加捻情况。另外，在纱线制造装置中，第一喷嘴部和第二喷嘴部分别设置于喷嘴主体部并被单元化，在碳纳米管纤维群的行进方向上设置于不同的位置。由此，在纱线制造装置中，容易使碳纳米管纤维群通过第一喷嘴部以及第二喷嘴部。 [0008] 在一实施方式中，可以是第一喷嘴部在碳纳米管纤维群的行进方向上设置于第二喷嘴部的上游侧，用于形成第一旋转流的压缩空气的压力比用于形成第二旋转流的压缩空气的压力小。这样，在将第一喷嘴部设置于第二喷嘴部的上游侧的结构中，使形成第一旋转流的压缩空气的压力较小，即形成第二旋转流的压缩空气的压力较大，由此能够很好地对碳纳米管纤维群施加假捻并使其聚集。 [0009] 在一实施方式中，可以是在第一喷嘴部中产生的第一旋转流主要卷绕碳纳米管纤维群的外层的一部分，在第二喷嘴部中产生的第二旋转流主要对碳纳米管纤维群实施假捻并使其聚集。由此，在纱线制造装置中，能够很好地对碳纳米管纤维群施加假捻并使其聚集。 [0010] 在一实施方式中，可以是在喷嘴主体部且在第一喷嘴部与第二喷嘴部之间设置有空气排出部。由此，在纱线制造装置中，能够抑制第一喷嘴部的第一旋转流与第二喷嘴部的第二旋转流干涉。由此，能够抑制各喷嘴部的旋转流产生混乱，能够抑制碳纳米管纱线的品质的可靠性的降低。 [0011] 在一实施方式中，空气排出部可以是将喷嘴主体部的一部分切去而成的切口部。由此，在纱线制造装置中，能够利用除切口部以外的喷嘴主体部，抑制碳纳米管纤维群飞散。 [0012] 在一实施方式中，可以在第一喷嘴部以及第二喷嘴部的至少一方，设置供给交联剂溶液的交联剂溶液供给机构。由此，在纱线制造装置中，能够利用旋转流使交联剂溶液有效附着于碳纳米管纤维群。因此，在纱线制造装置中，能够利用交联剂溶液使碳纳米管纤维群交联。其结果是，在纱线制造装置中，能够制造很好的碳纳米管纱线。特别是若向第一喷嘴部供给交联剂溶液，则能够通过下游侧的第二喷嘴部的第二旋转流使溶剂高效地气化。 [0013] 在一实施方式中，可以设置用于使交联剂溶液发生化学反应的交联促进照射装置。由此，在纱线制造装置中，能够更有效地使碳纳米管纤维群交联。 [0014] 在一实施方式中，可以在第一喷嘴部以及第二喷嘴部的至少一方，设置供给聚集液的聚集液供给机构。由此，在纱线制造装置中，能够高效地使被假捻的碳纳米管纤维群聚集。由此，在纱线制造装置中，能够利用第一旋转流使聚集液有效附着于碳纳米管纤维群。因此，在纱线制造装置中，能够制造很好的碳纳米管纱线。特别是若向第一喷嘴部供给聚集液，则能够利用下游侧的第二喷嘴部的第二旋转流使聚集液高效地气化。 [0016] 图1是表示第一实施方式的纱线制造装置的图。 [0017] 图2是表示图1所示的纱线制造装置的一部分的立体图。 [0018] 图3是表示纱线制造部的图。 [0019] 图4是图3所示的纱线制造部的分解图。 [0020] 图5是表示纱线制造部的气流的图。 [0021] 图6是表示第二实施方式的纱线制造装置的图。 [0022] 图7是表示第三实施方式的纱线制造装置的图。 具体实施方式[0023] 以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施方式。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。 [0024] [第一实施方式] [0025] 图1是表示第一实施方式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是一边使碳纳米管纤维群(以下，称为“CNT纤维群”)F行进一边由该CNT纤维群F制造碳纳米管纱线(以下，称为“CNT纱线”)Y的装置。 [0026] 纱线制造装置1具备基板支承部3、纱线制造部5、夹持辊7a、7b、卷取装置9。基板支承部3、纱线制造部5、夹持辊7a、7b以及卷取装置9按照该顺序配置于规定线上，CNT纤维群F从基板支承部3向卷取装置9行进。此外，CNT纤维群F是将由碳纳米管构成的纤维集合多个而成的。CNT纱线Y是对CNT纤维群F进行假捻并聚集而成的。 [0027] 基板支承部3以保持用于拉出CNT纤维群F的碳纳米管形成基板(以下，称为“CNT形成基板”)S的状态对其进行支承。CNT形成基板S被称为碳纳米管森林(carbon nanotube forest)或碳纳米管的垂直取向构造体等，通过化学气相沉积法等在基板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)。例如使用塑料基板、玻璃基板、硅基板、金属基板等作为基板B。此外，在CNT纱线Y的制造开始时、CNT形成基板S的更换时等，能够利用被称为微型钻头的工具，从CNT形成基板S拉出CNT纤维群F。 [0028] 纱线制造部5利用压缩空气(AIR)的旋转流对CNT纤维群F实施假捻并使其聚集。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，用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、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。 [0029] 喷嘴主体部10是供CNT纤维群F插通并且保持第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30的外壳。喷嘴主体部10例如由黄铜等材料形成。喷嘴主体部10具有供CNT纤维群F插通并且将CNT纤维群F导入喷嘴主体部10的导入口11、收纳第一喷嘴部20的第一收纳部12、收纳第二喷嘴部30的第二收纳部13、以及供CNT纤维群F插通并且从喷嘴主体部10导出CNT纤维群F的导出口14。第一收纳部12以及第二收纳部13沿CNT纤维群F的行进方向配置。 [0030] 第一收纳部12在CNT纤维群F的行进方向上设置于一端侧(在如图1所示那样配置纱线制造部5时，位于CNT纤维群F的行进方向的上游侧的位置)。第二收纳部13在CNT纤维群F的行进方向上设置于另一端侧(在如图1所示那样配置纱线制造部5时，位于第一收纳部12的下游侧的位置)。 [0031] 在第一收纳部12与第二收纳部13之间设置有空气排出部15。空气排出部15是将在第一喷嘴部20中产生的第一旋转流SF1排出的部分。空气排出部15成为将喷嘴主体部10的一部分切去而成的切口部。空气排出部15包含CNT纤维群F的行进路径而设置。第一收纳部12与第二收纳部13之间的CNT纤维群F的行进路径由于空气排出部15而开放，另一方面，一部分被喷嘴主体部10包围。 [0032] 在喷嘴主体部10设置有第一流路部16和第二流路部17。第一流路部16是与第一收纳部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是与第二收纳部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(这里为三个)部件构成，但喷嘴主体部10也可以是一体成型品。 [0033] 第一喷嘴部20产生第一旋转流SF1并在CNT纤维群F形成气圈，对CNT纤维群F进行加捻。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的第一收纳部12。第一喷嘴部20具有供CNT纤维群F插通并且形成产生第一旋转流SF1的空间的筒状部22。筒状部22沿CNT纤维群F的行进方向设置。 [0034] 如图5所示，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向第一喷嘴部20供给压缩空气。如图2所示，在第一喷嘴部20中，沿与CNT纤维群F的行进方向正交的方向例如以行进方向为轴，沿逆时针的方向产生第一旋转流SF1。第一旋转流SF1沿筒状部22的内壁产生。第一旋转流SF1主要将CNT纤维群F的外侧的纤维群(外层的一部分)卷绕于内侧的纤维群。形成第一旋转流SF1的压缩空气的压力(静压)例如为0.25MPa左右。 [0035] 第二喷嘴部30产生第二旋转流SF2并在CNT纤维群F形成气圈，对CNT纤维群F进行加捻。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的第二收纳部13。第二喷嘴部30具有供CNT纤维群F插通并且形成产生第二旋转流SF2的空间的筒状部32。筒状部32沿CNT纤维群F的行进方向设置。 [0036] 如图5所示，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向第二喷嘴部30供给压缩空气。如图2所示，在第二喷嘴部30中，沿在与CNT纤维群F的行进方向正交的方向且是与第一旋转流SF1相反的方向，例如以行进方向为轴，沿顺时针的方向产生第二旋转流SF2。即，第二旋转流SF2的方向与第一旋转流SF1的方向相反。第二旋转流SF2沿筒状部32的内壁产生。第二旋转流SF2主要对CNT纤维群F的芯部(内侧的纤维群)进行与第一旋转流SF1相反方向的加捻。形成第二旋转流SF2的压缩空气的压力(静压)例如为0.4～0.6MPa左右。即，形成第二旋转流SF2的压缩空气的压力比形成第一旋转流SF1的压缩空气的压力大。换言之，形成第一旋转流SF1的压缩空气的压力比形成第二旋转流SF2的压缩空气的压力小。 [0037] 夹持辊7a、7b对被纱线制造部5假捻并聚集而成的CNT纱线Y进行输送。夹持辊7a、7b在隔着CNT纱线Y的位置配置有一对。夹持辊7a、7b停止从纱线制造部5传播的CNT纤维群F的加捻(气圈)。被纱线制造部5假捻而成的CNT纤维群F通过夹持辊7a、7b而进一步聚集，成为最终的制造物即CNT纱线Y。 [0038] 卷取装置9将被纱线制造部5假捻而通过夹持辊7a、7b的CNT纱线Y卷绕于纱管。 [0039] 接着，对纱线制造部5的CNT纤维群F的假捻的动作进行说明。最初，从CNT形成基板S被拉出的CNT纤维群F由于纱线制造部5的第二喷嘴部30的第二旋转流SF2而开始被加捻。利用第二旋转流SF2进行加捻并聚集而成的CNT纤维群F由于第一喷嘴部20的第一旋转流SF1而被松捻。另外，由于第一喷嘴部20的第一旋转流SF1，没有被第二旋转流SF2聚集的CNT纤维群F的一部分(外表面的部分)卷绕于聚集的表面。由此，利用纱线制造部5使CNT纤维群F聚集。在纱线制造装置1中，例如以数十m/min来制造CNT纱线Y。 [0040] 如以上说明那样，在本实施方式的纱线制造装置1中，利用压缩空气的旋转流对CNT纤维群F进行加捻，所以能够从CNT纤维群快速制造CNT纱线Y。此时，在纱线制造装置1中，利用第一喷嘴部20产生第一旋转流SF1，利用第二喷嘴部30产生与第一旋转流SF1方向相反的第二旋转流SF2。因此，在纱线制造装置1中，能够对CNT纤维群F快速施加稳定的假捻。 [0041] 在纱线制造装置1中，利用压缩空气产生旋转流从而对CNT纤维群F施加假捻，因此能够通过调整压缩空气的量，容易调整加捻情况。另外，在纱线制造装置1中，第一喷嘴部20和第二喷嘴部30分别设置于喷嘴主体部10而被单元化，在CNT纤维群F的行进方向上配置于不同的位置。由此，在纱线制造装置1中，容易使CNT纤维群F通过第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30。 [0042] 在本实施方式中，第一喷嘴部20在CNT纤维群F的行进方向上配置于第二喷嘴部30的上游侧。在这样的结构中，形成第一旋转流SF1的压缩空气的压力比形成第二旋转流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中产生的第一旋转流SF1主要卷绕CNT纤维群F的外侧的绒毛，在第二喷嘴部30中产生的第二旋转流SF2主要对CNT纤维群F进行加捻。因此，在纱线制造装置1中，能够很好地对CNT纤维群F施加假捻。 [0043] 在本实施方式中，在喷嘴主体部10且在第一喷嘴部20与第二喷嘴部30之间设置有空气排出部15。空气排出部15是将喷嘴主体部10的一部分切去而成的切口部。由此，在纱线制造部5中，能够抑制第一喷嘴部20的第一旋转流SF1与第二喷嘴部30的第二旋转流SF2干涉。因此，在纱线制造部5中，能够抑制各喷嘴部20、30的旋转流SF1、SF2产生混乱，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，也可以利用除空气排出部15以外的喷嘴主体部10，抑制CNT纤维群F飞散。 [0044] [第二实施方式] [0045] 接着，对第二实施方式进行说明。图6是表示第二实施方式的纱线制造装置的图。如图6所示，纱线制造装置1A具备基板支承部3、纱线制造部5、夹持辊7a、7b、卷取装置9，还具备交联剂溶液供给机构40和作为交联促进照射装置的UV照射部42。 [0046] 交联剂溶液供给机构40向纱线制造部5供给交联剂溶液。交联剂溶液供给机构40例如向第一喷嘴部20供给交联剂溶液。由交联剂溶液供给机构40供给的交联剂溶液在第一喷嘴部20中与压缩空气一起被喷射，并被添加至第一旋转流SF1从而附着于CNT纤维群F。交联剂只要能够形成碳纳米管的分子间的交联构造即可。交联剂溶液是在具有挥发性的溶剂(例如乙醇、丙酮等)中溶解交联剂而形成的。 [0047] UV照射部42向CNT纱线Y照射UV(ultraviolet：紫外线)。UV照射部42配置在夹持辊7a、7b与卷取装置9之间，向通过夹持辊7a、7b的CNT纱线Y照射UV。UV照射部42向附着有交联剂溶液的CNT纱线Y照射UV，从而促进CNT纱线Y的交联。 [0048] 如以上说明那样，在本实施方式的纱线制造装置1A中，利用交联剂溶液供给机构40向纱线制造部5的第一喷嘴部20供给交联剂溶液。由此，在纱线制造装置1A中，能够利用第一旋转流SF1使交联剂溶液附着于CNT纤维群F。因此，在纱线制造装置1A中，能够使CNT纤维群F交联。另外，在纱线制造装置1A中，在利用交联剂溶液供给机构40使交联剂溶液附着于CNT纤维群F后，利用UV照射部42向CNT纱线Y照射UV。因此，在纱线制造装置1A中，能够促进CNT纱线Y的交联。 [0049] 此外，在上述实施方式中，以将照射UV的UV照射部42作为交联促进照射装置的一个例子进行了说明，但交联促进照射装置也可以采用例如照射电子线的电子线照射部。只要照射部能使交联剂(交联剂溶液)发生化学反应即可。 [0050] 另外，在上述实施方式中，将交联剂溶液供给机构40向第一喷嘴部20供给交联剂溶液的方式作为一个例子进行了说明，但交联剂溶液供给机构40也可以向第二喷嘴部30供给交联剂溶液。或者交联剂溶液供给机构40也可以向第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30供给交联剂溶液。在向第一喷嘴部20供给的情况下，利用下游侧的第二喷嘴部30的第二旋转流SF2能够使溶剂高效地气化。 [0051] [第三实施方式] [0052] 接着，对第三实施方式进行说明。图7是表示第三实施方式的纱线制造装置的图。如图7所示，纱线制造装置1B具备基板支承部3、纱线制造部5、夹持辊7a、7b、卷取装置9，还具备聚集液供给机构44。 [0053] 聚集液供给机构44向纱线制造部5供给聚集液。聚集液供给机构44例如向第一喷嘴部20供给聚集液。由聚集液供给机构44供给的聚集液在第一喷嘴部20中与压缩空气一起被喷射，并被添加至第一旋转流SF1从而附着于CNT纤维群F。聚集液只要能够形成碳纳米管的分子间的聚集构造即可。聚集液是具有挥发性的有机化合物(例如乙醇、丙酮、氟化烃类、甲苯、二氯甲烷等)。 [0054] 如以上说明那样，在本实施方式的纱线制造装置1B中，利用聚集液供给机构44向纱线制造部5的第一喷嘴部20供给聚集液。由此，在纱线制造装置1B中，能够利用第一旋转流SF1使聚集液附着于CNT纤维群F。因此，在纱线制造装置1B中，能够很好地使CNT纤维群F聚集。 [0055] 在上述实施方式中，将聚集液供给机构44向第一喷嘴部20供给聚集液的方式作为一个例子进行了说明，但聚集液供给机构44也可以向第二喷嘴部30供给聚集液。或者聚集液供给机构44也可以向第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30供给聚集液。在向第一喷嘴部20供给的情况下，利用下游侧的第二喷嘴部30的第二旋转流SF2能够使聚集液高效地气化。 [0056] 本发明不限定于上述实施方式。例如，作为CNT纤维群F的供给源，也可以代替CNT形成基板S，而使用连续合成碳纳米管来供给CNT纤维群F的浮动催化剂装置等。 [0057] 在上述实施方式中，将使形成第一旋转流SF1的压缩空气的压力比形成第二旋转流SF2的压缩空气的压力小的方式作为一个例子进行了说明，但形成第一以及第二旋转流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转流SF2的压缩空气的压力比形成第一旋转流SF1的压缩空气的压小。 [0058] 在上述实施方式中，将在喷嘴主体部10配置第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30的结构作为一个例子进行了说明，但也可以将形成于喷嘴主体部10的空间分别作为第一喷嘴部以及第二喷嘴部。即，在喷嘴主体部10中，相当于第一喷嘴部20以及第二喷嘴部30的结构可以形成为一体。 [0059] 工业上的可利用性 [0060] 根据本发明，可提供能够实现碳纳米管纱线制造的快速化的纱线制造装置。 [0061] 附图标记的说明 [0062] 1、1A、1B…纱线制造装置；5…纱线制造部；10…喷嘴主体部；15…空气排出部；20…第一喷嘴部；30…第二喷嘴部；40…交联剂溶液供给机构；42…UV照射部；44…聚集液供给机构；F…CNT纤维群(碳纳米管纤维群)；SF1…第一旋转流；SF2…第二旋转流；Y…CNT纱线(碳纳米管纱线)。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈