專利名稱：半弧形碳纖維發(fā)熱體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域，具體的講是涉及半弧形碳纖維發(fā)熱 體的制備方法。
背景技術(shù)：
電熱元件是加熱設(shè)備的關(guān)鍵部件。當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的加熱元件為金 屬材料，因加熱溫度不同，加熱元件分高溫、中溫和低溫三種類型。在低溫狀態(tài)下，多用電阻 絲通電加熱，由于電阻絲表面溫度高，并且加熱時發(fā)出可見光，熱效率低，電熱元件表面負 荷率高，壽命短，特別是接頭部位容易氧化斷落。目前低溫輻射管加熱元件主要采用電阻 絲，外部配以耐熱鋼保護套保護電阻絲，但由于電阻絲本身特性所限，熱效率轉(zhuǎn)化較低。碳 纖維本身為含碳量95%以上的纖維材料，自身接近絕對黑體，熱轉(zhuǎn)化效率和熱輻射效率極 高，同時，碳纖維還具有高強度，高模量，耐高溫，耐腐蝕等諸多優(yōu)異性能，用碳纖維加工制 造電加熱輻射管特別適合民用取暖、電熱鍋爐、低溫烘烤設(shè)備等領(lǐng)域。由于直接用碳纖維本 身加工成的加熱元件支撐強度較低，必須纏繞在絕緣支撐芯體上才能保持形狀，該類型電 熱管只能加工成直管狀，無法制造圓形、梨形、U形等異型電熱管，并且由于通電時，先加熱 支撐芯體，因而導(dǎo)致熱響應(yīng)時間長，加熱速度慢，不耐顛簸震蕩，限制了該電熱元件的使用 領(lǐng)域。人們正在研究螺旋式無芯式碳纖維加熱體，可用于石英管內(nèi)作為電加熱管使用，但用 于容器外加熱時，在制作時增加了一些工序而顯得麻煩，尤其是在維修時就會造成一些加 熱線拆除而產(chǎn)生的浪費。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能提高碳纖維發(fā)熱體結(jié)構(gòu)靈活 性，滿足各種容器異型發(fā)熱體使用需求，一種可便于維修可拆除再安裝的半弧形碳纖維發(fā) 熱體的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是碳纖維制得碳纖維網(wǎng)體或螺旋體，通過將碳纖維浸澤含碳 有機溶劑，在芯體上曲繞成型后，高溫?zé)Y(jié)定型，內(nèi)容包括浸漬含碳有機溶劑的配比，高溫 燒結(jié)的方法，而形成碳/碳復(fù)合材料，以及碳纖維網(wǎng)體或螺旋體的接頭連接。利用本發(fā)明的 碳纖維網(wǎng)體或螺旋體作為加熱體，可開發(fā)高性能高輻射半弧形碳纖維發(fā)熱體，分半圍繞在 金屬容器外壁上加熱金屬容器內(nèi)的水或液體。本發(fā)明的半弧形碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其關(guān)鍵技術(shù)在于先將碳纖維制成的網(wǎng) 狀或螺旋狀，再浸漬含碳有機溶劑，晾干后在專用模具上以兩半形式的網(wǎng)體或一定螺距的 螺旋狀曲繞在絕緣支撐芯體上，然后將其在氮氣保護或真空爐中燒結(jié)定型啟脫出芯體，在 碳纖維網(wǎng)體或螺旋體端部采用金屬片或金屬板疊層結(jié)構(gòu)形式，用機械壓緊接頭。本發(fā)明的半弧形碳纖維發(fā)熱體的制備方法，浸漬用含碳有機溶劑為液體酚醛樹脂 和酒精的混合液，配比為酚醛樹脂4-25%酒精96-75%本發(fā)明的半弧形碳纖維發(fā)熱體的制備方法，燒制用的爐型為高純氮氣保護爐或真 空護。用高純氮氣保護爐燒結(jié)定型時，燒結(jié)溫度為500-70(TC，保溫時間2-5分鐘；利用真 空爐燒結(jié)定型時，在真空爐中采用逐漸加溫形式進行燒結(jié)，加溫速率為100 150°C /分鐘， 燒結(jié)溫度為2000-2500°C，保溫時間25分鐘后得到產(chǎn)品。
本發(fā)明的半弧形碳纖維發(fā)熱體的制備方法，含碳有機溶劑經(jīng)燒結(jié)后保留有碳的成 份，其他雜質(zhì)被燒凈后變?yōu)闊煔馀懦?，其保留的碳成份將碳纖維發(fā)熱體固定定型為網(wǎng)狀或 曲繞螺旋式。其接頭部分采用金屬片、板或桿的疊層將碳纖維螺旋體端采用機器壓制連接， 俗稱為疊壓式連接，確保接觸牢固。本發(fā)明易制作，網(wǎng)狀或螺旋形狀不變形，便于安裝和拆除，適用于圓形、梨形、U形 等異型金屬容器外電加熱體使用。加工出的產(chǎn)品在使用一段時間后重新組裝時不變形，可 更換其他部件后再重新使用本產(chǎn)品。接頭形式簡單，易于固定，接觸良好，不易松脫，操作方 便，是一種既方便又可靠的連接方式。


圖1為本發(fā)明立體示意簡2為本發(fā)明網(wǎng)格狀發(fā)熱體立體示意簡3為本發(fā)明容器立體示意簡4為本發(fā)明半弧曲繞式上下接線頭碳纖維發(fā)熱體立體示意簡5為本發(fā)明半弧曲繞式上下接線頭碳纖維發(fā)熱體與容器組合立體示意簡6為本發(fā)明半弧雙曲繞式上端接線頭碳纖維發(fā)熱體立體示意簡7為本發(fā)明半弧雙曲繞式上端接線頭碳纖維發(fā)熱體與容器組合立體示意簡圖附圖1為碳纖維螺旋體，2為碳纖維發(fā)熱體。
具體實施例方式實施例一將一束12K碳纖維制成網(wǎng)格狀，浸漬在含酚醛樹脂4%，酒精96%的有 機溶劑中5分鐘，取出后晾干，將浸漬過有機溶劑的網(wǎng)格狀碳纖維兩塊圍繞在容器上形成 筒狀，放入高純氮氣保護的爐中加熱，溫度500°C，保溫2分鐘，從爐中取出，在氮氣保護氣 氛下冷卻至室溫后抽出容器，便制得定型好的網(wǎng)格狀碳纖維1，然后懸掛式進入真空爐中以 逐漸加溫形式燒結(jié)定型，加溫速率為100°C /分鐘，逐漸加溫至2000°C，保溫25分鐘后得到 半弧形網(wǎng)格1狀碳纖維發(fā)熱體2。實施例二將12束IK碳纖維編織成繩，在專用模具上曲繞成半弧曲繞式上下接線 頭碳纖維，浸漬在含酚醛樹脂10%，酒精90%的有機溶劑中10分鐘，取出后晾干，按照實施 例一步驟取兩塊圍繞在容器支撐芯體上，放入高純氮氣保護的爐中加熱，溫度600°C，保溫 3分鐘，從爐中取出，在氮氣保護氣氛下冷卻至室溫后抽出容器支撐芯體，便制得定型好的 半弧曲繞式上下接線頭碳纖維1，然后懸掛式進入真空爐中以逐漸加溫形式燒結(jié)定型，加溫 速率為120°C /分鐘，逐漸加溫至2200°C，保溫25分鐘后得到半弧曲繞式上下接線頭碳纖 維發(fā)熱體。實施例三將3束12K碳纖維加拈合股成繩，在專用模具上曲繞成半弧雙曲繞式上 接線頭碳纖維，浸漬在含酚醛樹脂25%，酒精75%的有機溶劑中15分鐘，取出后晾干，按照 實施例一步驟取兩塊圍繞在容器支撐芯體上放入高純氮氣保護的爐中加熱，溫度700°C，保 溫5分鐘，從爐中取出，在氮氣保護氣氛下冷卻至室溫后抽出容器支撐體，便制得定型好的 半弧雙曲繞式上接線頭碳纖維，然后懸掛式進入真空爐中以逐漸加溫形式燒結(jié)定型，加溫 速率為150°C /分鐘，逐漸加溫至2500°C，保溫25分鐘后得到半弧雙曲繞式上接線頭碳纖維發(fā)熱體。 以上三個實施例子加工出的產(chǎn)品在使用一段時間后重新組裝時不變形，可更換其 他部件后再重新使用本產(chǎn)品。本發(fā)明的的制備方法，關(guān)鍵技術(shù)在于合碳有機溶劑經(jīng)燒結(jié)后 保留有碳的成份，其他雜質(zhì)被燒凈后變?yōu)闊煔馀懦?，其保留的碳成份將碳纖維發(fā)熱體固定 定型。其接頭部分采用金屬片或板的疊層將碳纖維螺旋體兩端采用機器壓制連接，俗稱為 疊壓式連接，確保接觸牢固。
權(quán)利要求
半弧形碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其特征在于(1)碳纖維浸漬用含碳有機溶劑為液體酚醛樹脂和酒精的混合液，配比為酚醛樹脂4-25％，酒精96-75％；(2)碳纖維燒制用的爐型為高純氮氣保護爐或真空護，用高純氮氣保護爐燒結(jié)定型時，燒結(jié)溫度為500-700℃，保溫時間2-5分鐘；(3)利用真空爐燒結(jié)定型時，在真空爐中采用逐漸加溫形式進行燒結(jié)，加溫速率為100～150℃/分鐘，燒結(jié)溫度為2000-2500℃，保溫時間25分鐘；(4)含碳有機溶劑經(jīng)燒結(jié)后保留有碳的成份，其保留的碳成份將碳纖維發(fā)熱體固定定型為半弧形網(wǎng)狀或曲繞螺旋式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半弧形碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其特征在于含碳有機溶 劑經(jīng)燒結(jié)，其他雜質(zhì)被燒凈后變?yōu)闊煔馀懦觥?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半弧形碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其特征在于其接頭部分 采用金屬片或金屬板的疊層將碳纖維發(fā)熱體端采用機器壓制連接，俗稱為疊壓式連接，確 保接觸牢固。
全文摘要
半弧形碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其特征在于碳纖維浸漬用含碳有機溶劑為液體酚醛樹脂和酒精的混合液，配比為酚醛樹脂4-25％，酒精96-75％；碳纖維燒制用的爐型為高純氮氣保護爐或真空護，用高純氮氣保護爐燒結(jié)定型時，燒結(jié)溫度為500-700℃，保溫時間2-5分鐘；利用真空爐燒結(jié)定型時，在真空爐中采用逐漸加溫形式進行燒結(jié)，加溫速率為100～150℃/分鐘，燒結(jié)溫度為2000-2500℃，保溫時間25分鐘。含有機溶劑經(jīng)燒結(jié)后保留有碳的成份，其保留的碳成份將碳纖維發(fā)熱體固定定型為半弧形網(wǎng)狀或曲繞螺旋式。
文檔編號C04B35/84GK101880164SQ200910187368
公開日2010年11月10日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者程顯軍 申請人:程顯軍