一种生产石墨化碳纤维的方法及其专用装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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°C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】
[0003] 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。
[0004] 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=O. 3 - 0? 5MPa时，电流为80- 100A时等离子体发生器产生2500°C~ 3500°C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。
[0005] 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。
[0006] 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】
[0007] 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】
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 表 1
【主权项】
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=O. 3 - 0· 5MPa时，电流为80 - IOOA时等离子体发生器产生2500°C~ 3500°C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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】D01F9-12
【公开号】CN104651977
【申请号】CN201310602778
【发明人】鞠洪建
【申请人】大连康赛谱科技发展有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月25日