专利名称：半弧形碳纤维发热体的制备方法
技术领域：
本发明涉及碳纤维复合材料领域，具体的讲是涉及半弧形碳纤维发热 体的制备方法。
背景技术：
电热元件是加热设备的关键部件。当前应用最为广泛的加热元件为金 属材料，因加热温度不同，加热元件分高温、中温和低温三种类型。在低温状态下，多用电阻 丝通电加热，由于电阻丝表面温度高，并且加热时发出可见光，热效率低，电热元件表面负 荷率高，寿命短，特别是接头部位容易氧化断落。目前低温辐射管加热元件主要采用电阻 丝，外部配以耐热钢保护套保护电阻丝，但由于电阻丝本身特性所限，热效率转化较低。碳 纤维本身为含碳量95%以上的纤维材料，自身接近绝对黑体，热转化效率和热辐射效率极 高，同时，碳纤维还具有高强度，高模量，耐高温，耐腐蚀等诸多优异性能，用碳纤维加工制 造电加热辐射管特别适合民用取暖、电热锅炉、低温烘烤设备等领域。由于直接用碳纤维本 身加工成的加热元件支撑强度较低，必须缠绕在绝缘支撑芯体上才能保持形状，该类型电 热管只能加工成直管状，无法制造圆形、梨形、U形等异型电热管，并且由于通电时，先加热 支撑芯体，因而导致热响应时间长，加热速度慢，不耐颠簸震荡，限制了该电热元件的使用 领域。人们正在研究螺旋式无芯式碳纤维加热体，可用于石英管内作为电加热管使用，但用 于容器外加热时，在制作时增加了一些工序而显得麻烦，尤其是在维修时就会造成一些加 热线拆除而产生的浪费。发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种能提高碳纤维发热体结构灵活 性，满足各种容器异型发热体使用需求，一种可便于维修可拆除再安装的半弧形碳纤维发 热体的制备方法。本发明的技术方案是碳纤维制得碳纤维网体或螺旋体，通过将碳纤维浸泽含碳 有机溶剂，在芯体上曲绕成型后，高温烧结定型，内容包括浸渍含碳有机溶剂的配比，高温 烧结的方法，而形成碳/碳复合材料，以及碳纤维网体或螺旋体的接头连接。利用本发明的 碳纤维网体或螺旋体作为加热体，可开发高性能高辐射半弧形碳纤维发热体，分半围绕在 金属容器外壁上加热金属容器内的水或液体。本发明的半弧形碳纤维发热体的制备方法，其关键技术在于先将碳纤维制成的网 状或螺旋状，再浸渍含碳有机溶剂，晾干后在专用模具上以两半形式的网体或一定螺距的 螺旋状曲绕在绝缘支撑芯体上，然后将其在氮气保护或真空炉中烧结定型启脱出芯体，在 碳纤维网体或螺旋体端部采用金属片或金属板叠层结构形式，用机械压紧接头。本发明的半弧形碳纤维发热体的制备方法，浸渍用含碳有机溶剂为液体酚醛树脂 和酒精的混合液，配比为酚醛树脂4-25%酒精96-75%本发明的半弧形碳纤维发热体的制备方法，烧制用的炉型为高纯氮气保护炉或真 空护。用高纯氮气保护炉烧结定型时，烧结温度为500-70(TC，保温时间2-5分钟；利用真 空炉烧结定型时，在真空炉中采用逐渐加温形式进行烧结，加温速率为100 150°C /分钟， 烧结温度为2000-2500°C，保温时间25分钟后得到产品。
本发明的半弧形碳纤维发热体的制备方法，含碳有机溶剂经烧结后保留有碳的成 份，其他杂质被烧净后变为烟气排出，其保留的碳成份将碳纤维发热体固定定型为网状或 曲绕螺旋式。其接头部分采用金属片、板或杆的叠层将碳纤维螺旋体端采用机器压制连接， 俗称为叠压式连接，确保接触牢固。本发明易制作，网状或螺旋形状不变形，便于安装和拆除，适用于圆形、梨形、U形 等异型金属容器外电加热体使用。加工出的产品在使用一段时间后重新组装时不变形，可 更换其他部件后再重新使用本产品。接头形式简单，易于固定，接触良好，不易松脱，操作方 便，是一种既方便又可靠的连接方式。
图1为本发明立体示意简2为本发明网格状发热体立体示意简3为本发明容器立体示意简4为本发明半弧曲绕式上下接线头碳纤维发热体立体示意简5为本发明半弧曲绕式上下接线头碳纤维发热体与容器组合立体示意简6为本发明半弧双曲绕式上端接线头碳纤维发热体立体示意简7为本发明半弧双曲绕式上端接线头碳纤维发热体与容器组合立体示意简图附图1为碳纤维螺旋体，2为碳纤维发热体。
具体实施例方式实施例一将一束12K碳纤维制成网格状，浸渍在含酚醛树脂4%，酒精96%的有 机溶剂中5分钟，取出后晾干，将浸渍过有机溶剂的网格状碳纤维两块围绕在容器上形成 筒状，放入高纯氮气保护的炉中加热，温度500°C，保温2分钟，从炉中取出，在氮气保护气 氛下冷却至室温后抽出容器，便制得定型好的网格状碳纤维1，然后悬挂式进入真空炉中以 逐渐加温形式烧结定型，加温速率为100°C /分钟，逐渐加温至2000°C，保温25分钟后得到 半弧形网格1状碳纤维发热体2。实施例二将12束IK碳纤维编织成绳，在专用模具上曲绕成半弧曲绕式上下接线 头碳纤维，浸渍在含酚醛树脂10%，酒精90%的有机溶剂中10分钟，取出后晾干，按照实施 例一步骤取两块围绕在容器支撑芯体上，放入高纯氮气保护的炉中加热，温度600°C，保温 3分钟，从炉中取出，在氮气保护气氛下冷却至室温后抽出容器支撑芯体，便制得定型好的 半弧曲绕式上下接线头碳纤维1，然后悬挂式进入真空炉中以逐渐加温形式烧结定型，加温 速率为120°C /分钟，逐渐加温至2200°C，保温25分钟后得到半弧曲绕式上下接线头碳纤 维发热体。实施例三将3束12K碳纤维加拈合股成绳，在专用模具上曲绕成半弧双曲绕式上 接线头碳纤维，浸渍在含酚醛树脂25%，酒精75%的有机溶剂中15分钟，取出后晾干，按照 实施例一步骤取两块围绕在容器支撑芯体上放入高纯氮气保护的炉中加热，温度700°C，保 温5分钟，从炉中取出，在氮气保护气氛下冷却至室温后抽出容器支撑体，便制得定型好的 半弧双曲绕式上接线头碳纤维，然后悬挂式进入真空炉中以逐渐加温形式烧结定型，加温 速率为150°C /分钟，逐渐加温至2500°C，保温25分钟后得到半弧双曲绕式上接线头碳纤维发热体。 以上三个实施例子加工出的产品在使用一段时间后重新组装时不变形，可更换其 他部件后再重新使用本产品。本发明的的制备方法，关键技术在于合碳有机溶剂经烧结后 保留有碳的成份，其他杂质被烧净后变为烟气排出，其保留的碳成份将碳纤维发热体固定 定型。其接头部分采用金属片或板的叠层将碳纤维螺旋体两端采用机器压制连接，俗称为 叠压式连接，确保接触牢固。
权利要求
半弧形碳纤维发热体的制备方法，其特征在于(1)碳纤维浸渍用含碳有机溶剂为液体酚醛树脂和酒精的混合液，配比为酚醛树脂4-25％，酒精96-75％；(2)碳纤维烧制用的炉型为高纯氮气保护炉或真空护，用高纯氮气保护炉烧结定型时，烧结温度为500-700℃，保温时间2-5分钟；(3)利用真空炉烧结定型时，在真空炉中采用逐渐加温形式进行烧结，加温速率为100～150℃/分钟，烧结温度为2000-2500℃，保温时间25分钟；(4)含碳有机溶剂经烧结后保留有碳的成份，其保留的碳成份将碳纤维发热体固定定型为半弧形网状或曲绕螺旋式。
2.根据权利要求1所述的半弧形碳纤维发热体的制备方法，其特征在于含碳有机溶 剂经烧结，其他杂质被烧净后变为烟气排出。
3.根据权利要求1所述的半弧形碳纤维发热体的制备方法，其特征在于其接头部分 采用金属片或金属板的叠层将碳纤维发热体端采用机器压制连接，俗称为叠压式连接，确 保接触牢固。
全文摘要
半弧形碳纤维发热体的制备方法，其特征在于碳纤维浸渍用含碳有机溶剂为液体酚醛树脂和酒精的混合液，配比为酚醛树脂4-25％，酒精96-75％；碳纤维烧制用的炉型为高纯氮气保护炉或真空护，用高纯氮气保护炉烧结定型时，烧结温度为500-700℃，保温时间2-5分钟；利用真空炉烧结定型时，在真空炉中采用逐渐加温形式进行烧结，加温速率为100～150℃/分钟，烧结温度为2000-2500℃，保温时间25分钟。含有机溶剂经烧结后保留有碳的成份，其保留的碳成份将碳纤维发热体固定定型为半弧形网状或曲绕螺旋式。
文档编号C04B35/84GK101880164SQ200910187368
公开日2010年11月10日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者程显军 申请人:程显军