[发明专利]一种高导电高导热碳纤维的连续化制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纤维制备领域，特别涉及一种高导电高导热碳纤维的连续化制备方法。

背景技术

随着高性能碳纤维复合材料在结构材料中应用的广度和深度的增强，碳纤维复合材料逐渐被大众民品所接受，其各种新型的特性也在不断开发。作为功能性复合材料应用的碳纤维制品也在以惊人的速度逐步发展，其中碳纤维作为导电和导热材料的应用最为典型，而以碳纤维为载体的电热产品在工业和民用加热以及医用理疗领域也逐渐成为具有市场竞争力的销售热点产品。而这些电热产品的关键技术原材料即为具有高导电和高导热特性的碳纤维连续丝束。

在高性能导电导热复合材料军品中所用的碳纤维一般采用超高温加热设备经过高温处理制成，由于高温处理过程对密闭性环境的要求特别严格，以至于碳纤维在处理过程中无法实现连续化，这对于生产效率的提高和在线工艺的控制都增加了较大难度。

为了改善这一技术难题，本发明致力于连续化长丝碳纤维的高导电和高导热化处理，同时实现以现有高强型碳纤维为基础原料，通过特殊的复合及特定加热方式，实现高导热导电碳纤维的制备，针对于民用市场和工业市场的连续特种碳纤维的供应奠定硬件和技术基础。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供了一种制备连续化高导电高导热碳纤维的制备方法及设备，利用该方法可采用现有的不同类型高强度碳纤维长丝(如PAN基、粘胶基、沥青基)进行其高导电、高导热性能的优化，通过除胶工序、浸渍/雾化喷淋工序、烘干工序、高温定型工序、收卷工序的连续化处理，实现高导电高导热连续碳纤维长丝的生产，利用该装备及制备技术可进行不同线型碳纤维长丝的生产加工，以实现在电加热、工业加热、高性能导电导热复合材料领域的碳纤维长丝及织物的原材料供应。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备连续化高导电高导热碳纤维的设备，包括：除胶装置、浸渍/雾化喷淋装置、烘干装置、高温定型装置、收卷装置，所述除胶装置、浸渍/雾化喷淋装置、烘干装置、高温定型装置、收卷装置依次相连。

优选的，所述除胶装置包括：设置在密闭的排风装置中的可调压式通电电极、走纱辊、展纱梳。

优选的，所述浸渍装置包括：浸渍胶槽、走纱辊、挤胶辊、喷淋头、流量控制系统。

优选的，所述烘干系统包括：空气流动系统、红外加热烘干系统。

优选的，所述高温定型装置为管式加热炉。

本发明还提供了一种制备连续化高导电高导热碳纤维的方法，包括：

去除碳纤维表面上浆剂；

在碳纤维长丝表面涂覆定型剂；

对涂覆定型剂后的碳纤维长丝的表面进行快速干燥；

采用连续加热对碳纤维进行高温定型处理、收丝，即得。

优选的，所述碳纤维表面上浆剂的具体步骤为：使成品碳纤维在走纱辊表面卷绕，走纱辊通过展纱梳将成品纤维铺展，走纱辊通过调压器进行电压调节，当碳纤维接触走纱辊表面时，接通辊内电极，对辊之间的纤维通电，碳纤维通电发热将表面上浆剂去除。

优选的，所述可调压式通电电极的电压为30-200V，所述走纱辊的牵引速度为400-900mm/分钟，所述展纱梳对碳纤维的展纱幅宽比为2:1到10:1。

优选的，所述涂覆定型剂的具体步骤为：将除胶后的碳纤维纱线经过走纱辊的传动进入浸胶槽，通过胶槽中胶液的浸渍，再经过挤胶辊的挤压除去多余的胶液以控制总体的含胶量；

更优选的，所述浸渍工序的含胶量控制在50-80％范围内。

优选的，所述涂覆定型剂的具体步骤为：在低浓度下浸胶水平的定型胶液含浸，整个雾化喷淋装置通过流量控制系统控制整个的浸胶量，通过高压喷头在除胶后的碳纤维表面喷涂定型胶液；

优选的，喷淋工序的含胶量控制在10-50％范围内；

优选的，所述的烘干工序主要将浸胶或喷淋后的碳纤维胶液经过烘干装置加热和空气流动，将丝束表面的定型剂中的溶液除去，整个烘干装置包括空气流动系统、红外加热烘干系统两部分，整个烘干装置在半封闭状态中进行，空气流动系统保持整体的进气量在5-20立方米/分钟，红外加热烘干系统的加热温度在50-100℃；

优选的，所述高温定型处理采用高频电磁加热方式对浸胶或喷淋后的碳纤维加热，完成定型胶液的高温碳化处理，整个炉内的碳化温度在1000-1600℃之间灵活调整；

优选的，所述收卷操作的具体步骤为：将上述经过高温碳化处理的定型高导电导热碳纤维经过收丝装置进行收卷，整个收卷过程的速度为400-900mm/分钟。