一種製備高強高模石墨化碳纖維的方法和裝置的製作方法

2023-06-09 17:05:06 2

專利名稱：一種製備高強高模石墨化碳纖維的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種製備碳纖維的方法，具體地說涉及一種利用熱等離子技術製備高強高模石墨化碳纖維的方法和裝置。
本發明利用熱等離子體技術使碳纖維進行石墨化，同時由工作介質甲烷裂解產生的離子碳滲入石墨化後碳纖維的孔中和表面，是一套實現碳纖維石墨化的同時完成表面及內部滲碳的方法和設備。達到纖維緻密化和提高強度、模量的目的。
本發明製備高強、高模石墨纖維的方法包括如下步驟一、將冷卻水、工作介質氬氣和甲烷氣體通入等離子體發生器，其中氬氣和甲烷氣體的體積比為1-8∶100；二、在壓力為3～5kg/cm2、電壓20～40伏、電流80～100A時，等離子體發生器產生2500℃～3500℃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5～15秒，從而得到高強度和高模量的石墨化碳纖維。
為了達到上述發明目的，設計了等離子體發生器專用裝置，它是陰極反應器和陽極之間通過絕緣法蘭連接，絕緣法蘭與陽極之間有一氣體通道，氣體通道一端位於陰極反應器和陽極之間有氣體分布環，進水口和出水口在陰極反應器上，進氣口與氣體通道相通，進絲口位於陰極反應器一端，出絲口位於陽極一端。
本發明與現有技術相比具有如下優點由於採用了上述方案，可在一套設備內同時實現石墨化和纖維表面及內部的滲碳，解決了碳纖維石墨化後因表面缺陷而引起強度降低這一重大難題，本發明軸向通入纖維，所以纖維不易短裂，最終得到高強度和高模量的石墨化碳纖維，能耗低、產品成本低。
權利要求
1.一種製備高強高模石墨化碳纖維的方法，其特徵在於包括如下步驟(1)將冷卻水、工作介質氬氣和甲烷氣體通入等離子體發生器，其中氬氣和甲烷氣體的體積比為1-8∶100；(2)在壓力為3～5kg/cm2、電壓20～40伏、電流80～100A時，等離子體發生器產生2500℃～3500℃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5～15秒，從而得到高強度和高模量的石墨化碳纖維。
2.如權利要求1所述的一種製備高強高模石墨化碳纖維的方法的裝置，其特徵在於陰極反應器2和陽極7之間通過絕緣法蘭6連接，絕緣法蘭6與陽極7之間有一氣體通道，位於陰極反應器2和陽極7之間氣體通道一端有氣體分布環4，進水口3和出水口9在陰極反應器2上，進氣口5與氣體通道相通，進絲口1位於陰極反應器2一端，出絲口8位於陽極7一端。
全文摘要
一種製備高強高模石墨化碳纖維的方法是將冷卻水、工作介質氬氣和甲烷氣體通入等離子體發生器，其中氬氣和甲烷氣體的體積比為1－8∶100；在壓力為3～5kg/cm
文檔編號D01F9/12GK1456717SQ0313702
公開日2003年11月19日 申請日期2003年5月29日 優先權日2003年5月29日
發明者王浩靜, 馬春燕, 朱星明, 周立公, 晁兵, 李東風, 劉穎 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所