[發(fā)明專利]一種生產(chǎn)石墨化碳纖維的方法及其專用裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310602778.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104651977A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鞠洪建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連康賽譜科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): D01F9/12
• 分類號(hào): D01F9/12
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種生產(chǎn)石墨化碳纖維的方法，具體地說(shuō)涉及一種利用熱等離子體高溫、高反應(yīng)活性的特點(diǎn)，在無(wú)氧環(huán)境下石墨化碳纖維的方法及其專用裝置。

背景技術(shù)

碳纖維一面世，即以其獨(dú)特的高強(qiáng)、高模量、耐燒蝕、可編織、可導(dǎo)電等優(yōu)異性能備受青睞，成為材料世界中一棵奪目的新星。高模量碳（石墨）纖維是碳纖維家族中的一個(gè)重要品種，是先進(jìn)復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)材料，在我國(guó)建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著廣泛的用途。碳纖維在2000—3000℃并施加牽引條件下加熱，使纖維中石墨微晶沿軸取向度增加，尺寸增大，完善程度增高，即得到高摸石墨纖維。石墨纖維是在碳纖維的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)石墨化處理制備的因而研制開(kāi)發(fā)石墨纖維的關(guān)鍵是高溫技術(shù)和高溫設(shè)備，即石墨化爐。目前國(guó)際上通用的石墨化工藝都采用管狀石墨化爐。這種石墨化方法不僅設(shè)備造價(jià)昂貴，而且能耗大，熱效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品成本低、能耗低的制備高性能石墨纖維的方法及專用裝置。

本發(fā)明制備高性能石墨纖維的方法包括如下步驟：

一、首先將冷卻水和工作介質(zhì)氬氣通入等離子體發(fā)生器；

二、在壓力P=0.3—0.5MPa時(shí)，電流為80—100A時(shí)等離子體發(fā)生器產(chǎn)生2500℃～3500℃局部區(qū)域的高溫，在此區(qū)域以外為室溫，將碳纖維通過(guò)等離子體高溫區(qū)，通過(guò)時(shí)的停留時(shí)間為10—20秒，從而得到石墨化碳纖維。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明，設(shè)計(jì)了等離子體發(fā)生器專用裝置，它是由陰極和陽(yáng)極之間通過(guò)絕緣法蘭連接；冷卻水管與陽(yáng)極連接，陽(yáng)極和反應(yīng)爐之間用法蘭連接，氬氣導(dǎo)氣管與陰極相連。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品成本低、耗能低，熱等離子體可實(shí)現(xiàn)瞬間高溫和快速急冷，保障了材料的綜合性能，不僅整個(gè)工藝過(guò)程順暢穩(wěn)定，而且可改變工藝參數(shù)控制所得碳纖維的石墨化度。

附圖說(shuō)明

附圖為本發(fā)明等離子體發(fā)生器的縱向剖面結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

如圖所示，陰極4和陽(yáng)極3之間通過(guò)絕緣法蘭7連接；冷卻水管入口2以焊接方式與陽(yáng)極3相接，陽(yáng)極3和反應(yīng)爐1之間用法蘭8連接，氬氣導(dǎo)氣管5與陰極4相連。將冷卻水從冷卻水管入口2通入，通過(guò)氬氣導(dǎo)氣管5通入氬氣，并使壓力在0.3MPa同時(shí)向陰極4和陽(yáng)極3兩極施加80A的直流電，使氣體持續(xù)放電，形成電弧。從反應(yīng)爐1通過(guò)碳纖維，控制碳纖維在爐內(nèi)的停留時(shí)間為20秒。反應(yīng)結(jié)束后測(cè)試其抗拉模量，其結(jié)果列于表1中。

實(shí)施例2：

調(diào)整電流為90A，反應(yīng)爐內(nèi)壓力為0.4MPa。控制碳纖維在爐內(nèi)的停留時(shí)間為15秒。其它均按實(shí)施例1同樣方法和條件進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后測(cè)試其抗拉模量，這些結(jié)果列于表1中。

實(shí)施例3：

調(diào)整電流為100A，反應(yīng)爐內(nèi)壓力為0.5MPa。控制碳纖維在爐內(nèi)的停留時(shí)間為10秒。其它均按實(shí)施例1同樣方法和條件進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后測(cè)試其抗拉模量，這些結(jié)果列于表1中。

????表1

????從上表可以看出：采用上述實(shí)施方案，制造出石墨纖維的抗拉模量已經(jīng)達(dá)到M40J(377GPa)的水平。