CN104651977A - 一种生产石墨化碳纤维的方法及其专用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产石墨化碳纤维的方法及其专用设备装置，首先将冷却水和工作介质氩气通入等离子体发生器；在压力P=0.3—0.5MPa时，电流为80—100A时等离子体发生器产生2500℃～3500℃局部区域的高温，将碳纤维通过等离子体高温区，通过时的停留时间为10—20秒，从而得到石墨化碳纤维。本发明具有工艺简单、产品成本低、耗能低，热等离子体可实现瞬间高温和快速急冷，保障了材料的综合性能，整个工艺过程顺畅稳定的优点。
Description
技术领域
本发明属于一种生产石墨化碳纤维的方法，具体地说涉及一种利用热等离子体高温、高反应活性的特点，在无氧环境下石墨化碳纤维的方法及其专用装置。
背景技术
碳纤维一面世，即以其独特的高强、高模量、耐烧蚀、可编织、可导电等优异性能备受青睐，成为材料世界中一棵夺目的新星。高模量碳（石墨）纤维是碳纤维家族中的一个重要品种，是先进复合材料最重要的增强材料，在我国建设和国民经济建设中有着广泛的用途。碳纤维在2000—3000℃并施加牵引条件下加热，使纤维中石墨微晶沿轴取向度增加，尺寸增大，完善程度增高，即得到高摸石墨纤维。石墨纤维是在碳纤维的基础上经过石墨化处理制备的因而研制开发石墨纤维的关键是高温技术和高温设备，即石墨化炉。目前国际上通用的石墨化工艺都采用管状石墨化炉。这种石墨化方法不仅设备造价昂贵，而且能耗大，热效率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、产品成本低、能耗低的制备高性能石墨纤维的方法及专用装置。
本发明制备高性能石墨纤维的方法包括如下步骤：
一、首先将冷却水和工作介质氩气通入等离子体发生器；
二、在压力P=0.3—0.5MPa时，电流为80—100A时等离子体发生器产生2500℃～3500℃局部区域的高温，在此区域以外为室温，将碳纤维通过等离子体高温区，通过时的停留时间为10—20秒，从而得到石墨化碳纤维。
为了实现上述发明，设计了等离子体发生器专用装置，它是由阴极和阳极之间通过绝缘法兰连接；冷却水管与阳极连接，阳极和反应炉之间用法兰连接，氩气导气管与阴极相连。
本发明与现有技术相比具有如下优点：工艺简单、产品成本低、耗能低，热等离子体可实现瞬间高温和快速急冷，保障了材料的综合性能，不仅整个工艺过程顺畅稳定，而且可改变工艺参数控制所得碳纤维的石墨化度。
附图说明
附图为本发明等离子体发生器的纵向剖面结构图。
具体实施方式
实施例1：
如图所示，阴极4和阳极3之间通过绝缘法兰7连接；冷却水管入口2以焊接方式与阳极3相接，阳极3和反应炉1之间用法兰8连接，氩气导气管5与阴极4相连。将冷却水从冷却水管入口2通入，通过氩气导气管5通入氩气，并使压力在0.3MPa同时向阴极4和阳极3两极施加80A的直流电，使气体持续放电，形成电弧。从反应炉1通过碳纤维，控制碳纤维在炉内的停留时间为20秒。反应结束后测试其抗拉模量，其结果列于表1中。
实施例2：
调整电流为90A，反应炉内压力为0.4MPa。控制碳纤维在炉内的停留时间为15秒。其它均按实施例1同样方法和条件进行，反应结束后测试其抗拉模量，这些结果列于表1中。
实施例3：
调整电流为100A，反应炉内压力为0.5MPa。控制碳纤维在炉内的停留时间为10秒。其它均按实施例1同样方法和条件进行，反应结束后测试其抗拉模量，这些结果列于表1中。
表1
从上表可以看出：采用上述实施方案，制造出石墨纤维的抗拉模量已经达到M40J(377GPa)的水平。
Claims (2)
1.一种生产石墨化碳纤维的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）、首先将冷却水和工作介质氩气通入等离子体发生器；
（2）、在压力P=0.3—0.5MPa时，电流为80—100A时等离子体发生器产生2500℃～3500℃局部区域的高温，在此区域以外为室温，将碳纤维通过等离子体高温区，通过时的停留时间为10—20秒，从而得到石墨化碳纤维。
2.根据权利要求1所述的一种生产石墨化碳纤维的装置，其特征在于它是由阴极（4）和阳极（3）之间通过绝缘法兰（7）连接；冷却水管（2）与阳极（3）连接，阳极（3）和反应炉（1）之间用法兰（8）连接，氩气导气管（5）与阴极（4）相连。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN105421020A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-23 | 镇江奥立特机械制造有限公司 | 一种碳纤维表面处理工艺 |
| CN105696113A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-06-22 | 江西大有科技有限公司 | 一种利用非平衡等离子体制造碳纤维的装置及其方法 |
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| CN111962287A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-11-20 | 孙世超 | 一种使用焦耳热技术制备高性能低成本石墨化碳纤维的工艺 |
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