專利名稱：螺旋式碳纖維發(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，具體的講是涉及螺旋式碳纖維 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(fù)荷率高，壽命短，特別是接頭部位容易氧化 斷脫。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(hù)套保護(hù) 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。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能提髙碳纖維電熱管的結(jié) 構(gòu)靈活性，滿足各種異型電熱管使用需求的一種螺旋式碳纖維發(fā)熱體的制備方 法。
本發(fā)明通過將碳纖維浸漬含碳有機(jī)溶劑，在芯體上纏繞成型后，高溫?zé)Y(jié) 定型，制得碳/碳復(fù)合材料碳纖維螺旋體。內(nèi)容包括浸漬含碳有機(jī)溶劑的配比， 高溫?zé)Y(jié)的方法，以及碳纖維螺旋體的接頭連接。利用本發(fā)明的碳纖維螺旋體作為加熱體，可開發(fā)高性能高輻射電熱輻射管，也可螺旋盤繞在金屬容器外壁 上加熱金屬容器內(nèi)的水或液體。
本發(fā)明的螺旋式碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其關(guān)鍵技術(shù)在于先將碳纖維浸 漬含碳有機(jī)溶劑，晾干后以一定螺距纏繞在絕緣支撐芯體上，然后將其在氮氣 保護(hù)或真空爐中燒結(jié)定型啟脫出芯體，在碳纖維螺旋體端部采用金屬片或金屬 板疊層結(jié)構(gòu)形式，用機(jī)械壓緊接頭。
本發(fā)明的螺旋式碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其關(guān)鍵技術(shù)在于浸漬用合碳有 機(jī)溶劑為液體酚醛樹脂和酒精的混合液，配比為
酚醛樹脂4一25%
酒精96 — 75%
本發(fā)明的無芯碳纖維螺旋體電熱元件的制備方法，其關(guān)鍵技術(shù)在于燒制用 的爐型為高純氮氣保護(hù)爐或真空爐。用高純氮氣保護(hù)爐燒結(jié)定型時，燒結(jié)溫度
為500—700。C，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(jìn)行燒結(jié)，加溫速率為100 15(TC/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)明的螺旋式碳纖維發(fā)熱體的制備方法，關(guān)鍵技術(shù)在于合碳有機(jī)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?碳纖維發(fā)熱體固定定型為螺旋式。其接頭部分采用金屬片、板或桿的疊層將碳 纖維螺旋體端部采用機(jī)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，螺旋形狀不變形，適用于石英管內(nèi)的電加熱體，可用于圓 形、梨形、U形等異型電熱管內(nèi)的電加熱體，也適用于金屬容器外螺旋巻繞用 的電加熱體使用。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。接頭形武簡單，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碳纖維浸漬在含酚醛樹脂4X，酒精96%的有機(jī)溶 劑中5分鐘，取出后晾干，將此束浸漬過有機(jī)溶劑的碳纖維以螺距均勻纏繞在 外徑7毫米的石英管上，將纏好碳纖維的石英管放入高純氮氣保護(hù)的爐中加熱， 溫度50(TC，保溫2分鐘，從爐中取出，在氮氣保護(hù)氣氛下冷卻至室溫后抽出石 英管支撐體，便制得定型好的碳纖維螺旋體l，然后懸掛式進(jìn)入真空爐中以逐漸 加溫形式燒結(jié)定型，加溫速率為10(TC/分鐘，逐漸加溫至200(TC，保溫25分 鐘后得到螺旋體1狀碳纖維發(fā)熱體2。
實施例二將12束1K碳纖維編織成繩，浸漬在含酚醛樹脂10%，酒精90 %的有機(jī)溶劑中10分鐘，取出后晾干，按照實施例1步驟纏繞在氧化鋁管支撐 芯體上，將纏好碳纖維的氧化鋁管支撐芯體放入高純氮氣保護(hù)的爐中加熱，溫 度60(TC，保溫3分鐘，從爐中取出，在氮氣保護(hù)氣氛下冷卻至室溫后抽出氧化 鋁管支撐體，便制得定型好的碳纖維螺旋體l,然后懸掛式進(jìn)入真空爐中以逐漸 加溫形式燒結(jié)定型，加溫速率為120XV分鐘，逐漸加溫至220(TC，保溫25分 鐘后得到螺旋體1狀碳纖維發(fā)熱體2。
實施例三將3束12K碳纖維加拈合股成繩，浸漬在含酚醛樹脂25%，酒 精75%的有機(jī)溶劑中15分鐘，取出后晾干，按照實施例1步驟纏繞在氧化鋁管 支撐芯體上，將纏好碳纖維的氧化鋁管支撐芯體放入高純氮氣保護(hù)的爐中加熱， 溫度70(TC，保溫5分鐘，從爐中取出，在氮氣保護(hù)氣氛下冷卻至室溫后抽出氧化鋁管支撐體，便制得定型好的碳纖維螺旋體l，然后懸掛式進(jìn)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 分鐘后得到螺旋體1狀碳纖維發(fā)熱體2。
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)明的螺旋體1狀碳纖維發(fā)熱體2的制 備方法，關(guān)鍵技術(shù)在于合碳有機(jī)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)熱體固定定型為螺旋式。其接 頭部分采用金屬片或板的疊層將碳纖維螺旋體1兩端采用機(jī)器壓制連接，俗稱 為疊壓式連接，確保接觸牢固。
權(quán)利要求
1、螺旋式碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其特征在于通過將碳纖維浸漬含碳有機(jī)溶劑，在芯體上纏繞成型后，用高純氮氣保護(hù)爐燒結(jié)定型，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(jìn)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。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋式碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其特征在于 其有機(jī)溶劑中保留的碳成份將碳纖維發(fā)熱體固定定型為螺旋式。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋式碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其特征在于碳纖維螺旋體端部采用金屬片或金屬板疊層結(jié)構(gòu)形式，用機(jī)械壓緊接頭。
全文摘要
螺旋式碳纖維發(fā)熱體的制備方法，其特征在于通過將碳纖維浸漬含碳有機(jī)溶劑，在芯體上纏繞成型后，用高純氮氣保護(hù)爐燒結(jié)定型，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(jìn)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。其有機(jī)溶劑中保留的碳成份將碳纖維發(fā)熱體固定定型為螺旋式。在碳纖維螺旋體端部采用金屬片或金屬板疊層結(jié)構(gòu)形式，用機(jī)械壓緊接頭。
文檔編號C04B35/622GK101659553SQ20091018737
公開日2010年3月3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