[发明专利]半弧形碳纤维发热体的制备方法

说明书

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500-700℃，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。

附图说明

图1为本发明立体示意简图

图2为本发明网格状发热体立体示意简图

图3为本发明容器立体示意简图

图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图

图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图

图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图

图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。

具体实施方式