[发明专利]碳球及其制造方法

说明书

技术领域

本公开涉及碳球(例如微碳球)及其制造方法。

背景技术

对于车辆制造商而言，提高燃料经济性是重要目标。期望改善燃料经济性可能受燃料成本、排放标准(例如对于二氧化碳而言)、增加里程或其他原因的驱使。改善燃料经济性的一种方法是使用轻质材料来减轻车辆重量。碳产品通常是具有良好机械性能的低密度材料。目前，碳纤维通常用于诸如航天、风能、体育用品和高端车辆的应用中。与大批量车辆相比，这些应用通常产量较低且价格较高。在汽车工业中将碳产品实施到大批量非豪华车辆产生一些挑战。其中一个挑战是开发用于大批量生产的低成本加工技术。已经使用片状模塑料(SMC)工艺来制造玻璃纤维增强部件，诸如行李箱盖、发动机罩、保险杠等。然而，由于两种材料或产品类型的物理性质的差异，相同的SMC工艺可能不适用于碳产品。

发明内容

在至少一个实施例中，提供一种系统。所述系统可以包括：接纳容器，被构造为接纳液体碳前驱体；至少一个孔，位于所述接纳容器的底部并被构造为释放液体碳前驱体的液滴；冷却容器，放置在接纳容器下方以接纳所述液滴并且被构造为容纳用于使所述液滴凝固成碳前驱体颗粒的冷却剂。

所述接纳容器可包括至少一个管，并且所述至少一个管中的每个管的端部可限定有所述至少一个孔中的一个孔。所述至少一个管可包括主体部分和较窄的尖端部分。在一个实施例中，所述至少一个管可包括被构造为接纳流体的内腔和被构造为接纳所述液体碳前驱体的外腔。所述内腔的端部可延伸通过所述外腔的端部。所述至少一个管可被构造为释放具有由所述流体构成的内芯的液体碳前驱体的液滴。所述流体可以是气体或液体聚合物。在一个实施例中，所述内芯的直径为所述液滴的直径的至少10％。

在一个实施例中，所述接纳容器包括连接到加压气体源的气体入口和被构造为控制从所述加压气体源到所述接纳容器的气体流动的气体阀。所述接纳容器可包括压力传感器和气体出口，所述气体出口被构造为从所述接纳容器释放气体以减小所述接纳容器中的气压。该系统可以包括被配置为将碳前驱体颗粒碳化成包含至少90％(重量)的碳的碳颗粒的烘箱。在一个实施例中，所述至少一个孔可以包括至少100个孔。所述至少一个孔可以被构造为释放直径为10μm至400μm的液滴。

在至少一个实施例中，提供一种方法。所述方法可以包括：将液体碳前驱体引入到其中限定有多个孔的罐中，使得液体碳前驱体的液滴从所述孔中释放出来；在冷却容器中使液体碳前驱体的液滴凝固，所述冷却容器被放置用于从所述孔接纳所述液滴；将凝固的液滴进行碳化以形成碳颗粒。

所述多个孔可以释放直径为10μm至400μm的液滴，并且所述碳化步骤可以包括将凝固的液滴碳化以形成直径为10μm至400μm的碳颗粒。所述多个孔中的每个孔可以限定在管的端部，并且所述碳前驱体的液滴可以从管释放。所述方法还可以包括：将流体引入到管的内腔中并将液体碳前驱体引入到管的外腔中以形成具有碳前驱体外壳和流体内芯的液滴；将所述液滴碳化以形成具有碳外壳和充气芯的空心碳颗粒。在一个实施例中，所述方法还包括将碳颗粒包含在片状模塑料中。

在至少一个实施例中，提供一种复合的车辆部件。所述部件可以包括：聚合物基质；多个碳球，分散在整个聚合物基质中，所述碳球的直径为10μm至300μm并且包括至少90％(重量)的碳。

附图说明

图1A是根据实施例的实心碳颗粒或球的示意性截面图；

图1B是根据实施例的空心碳颗粒或球的示意性截面图；

图2A是根据实施例的用于形成碳前驱体颗粒或球的系统的示意图；

图2B是根据实施例的用于形成碳前驱体颗粒或球的管的放大视图；

图3是根据实施例的用于形成空心碳前驱体颗粒或球的管的示意性截面图。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的详细实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可采用各种可替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。