一種生產石墨化碳纖維的方法及其專用裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于一種生產石墨化碳纖維的方法，具體地說涉及一種利用熱等離子體高 溫、高反應活性的特點，在無氧環境下石墨化碳纖維的方法及其專用裝置。
【背景技術】
[0002] 碳纖維一面世，即以其獨特的高強、高模量、耐燒蝕、可編織、可導電等優異性能備 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重 要品種，是先進復合材料最重要的增強材料，在我國建設和國民經濟建設中有著廣泛的用 途。碳纖維在2000- 3000°C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上經過石墨化 處理制備的因而研制開發石墨纖維的關鍵是高溫技術和高溫設備，即石墨化爐。目前國際 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備造價昂貴，而且能耗 大，熱效率低。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是提供一種工藝簡單、產品成本低、能耗低的制備高性能石墨纖維 的方法及專用裝置。
[0004] 本發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氬氣通入等離子體發生器； 二、 在壓力P=O. 3 - 0? 5MPa時，電流為80- 100A時等離子體發生器產生2500°C~ 3500°C局部區域的高溫，在此區域以外為室溫，將碳纖維通過等離子體高溫區，通過時的停 留時間為10 -20秒，從而得到石墨化碳纖維。
[0005] 為了實現上述發明，設計了等離子體發生器專用裝置，它是由陰極和陽極之間通 過絕緣法蘭連接；冷卻水管與陽極連接，陽極和反應爐之間用法蘭連接，氬氣導氣管與陰極 相連。
[0006] 本發明與現有技術相比具有如下優點：工藝簡單、產品成本低、耗能低，熱等離子 體可實現瞬間高溫和快速急冷，保障了材料的綜合性能，不僅整個工藝過程順暢穩定，而且 可改變工藝參數控制所得碳纖維的石墨化度。
【附圖說明】
[0007] 附圖為本發明等離子體發生器的縱向剖面結構圖。
【具體實施方式】
[0008] 實施例1 : 如圖所示，陰極4和陽極3之間通過絕緣法蘭7連接；冷卻水管入口 2以焊接方式與陽 極3相接，陽極3和反應爐1之間用法蘭8連接，氬氣導氣管5與陰極4相連。將冷卻水從 冷卻水管入口 2通入，通過氬氣導氣管5通入氬氣，并使壓力在0. 3MPa同時向陰極4和陽 極3兩極施加80A的直流電，使氣體持續放電，形成電弧。從反應爐1通過碳纖維，控制碳 纖維在爐內的停留時間為20秒。反應結束后測試其抗拉模量，其結果列于表1中。
[0009] 實施例2 : 調整電流為90A，反應爐內壓力為0.4MPa。控制碳纖維在爐內的停留時間為15秒。其 它均按實施例1同樣方法和條件進行，反應結束后測試其抗拉模量，這些結果列于表1中。
[0010] 實施例3 : 調整電流為100A，反應爐內壓力為0. 5MPa。控制碳纖維在爐內的停留時間為10秒。其 它均按實施例1同樣方法和條件進行，反應結束后測試其抗拉模量，這些結果列于表1中。
[0011] 表 1
【主權項】
1. 一種生產石墨化碳纖維的方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 、首先將冷卻水和工作介質氬氣通入等離子體發生器； (2) 、在壓力P=O. 3 - 0· 5MPa時，電流為80 - IOOA時等離子體發生器產生2500°C~ 3500°C局部區域的高溫，在此區域以外為室溫，將碳纖維通過等離子體高溫區，通過時的停 留時間為10 -20秒，從而得到石墨化碳纖維。
2. 根據權利要求1所述的一種生產石墨化碳纖維的裝置，其特征在于它是由陰極（4) 和陽極（3)之間通過絕緣法蘭（7)連接；冷卻水管（2)與陽極（3)連接，陽極（3)和反應爐 (1)之間用法蘭（8)連接，氬氣導氣管（5)與陰極（4)相連。
【專利摘要】本發明公開了一種生產石墨化碳纖維的方法及其專用設備裝置，首先將冷卻水和工作介質氬氣通入等離子體發生器；在壓力P=0.3—0.5MPa時，電流為80—100A時等離子體發生器產生2500℃～3500℃局部區域的高溫，將碳纖維通過等離子體高溫區，通過時的停留時間為10—20秒，從而得到石墨化碳纖維。本發明具有工藝簡單、產品成本低、耗能低，熱等離子體可實現瞬間高溫和快速急冷，保障了材料的綜合性能，整個工藝過程順暢穩定的優點。
【IPC分類】D01F9-12
【公開號】CN104651977
【申請號】CN201310602778
【發明人】鞠洪建
【申請人】大連康賽譜科技發展有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月25日