[发明专利]石墨纤维缠绕石墨设备及其成型方法

说明书

本发明提供了一种石墨纤维缠绕石墨设备，主体结构为石墨管、石墨炉筒或石墨塔节，主体结构或局部的外壁上具有酚醛树脂、环氧酚醛树脂或沥青树脂浸渍的石墨纤维缠绕层，所述的树脂中主要填料是石墨粉填料，石墨粉的小颗粒表面或具有抗氧化层或者镀银层。本发明的制备方法中，先在石墨粉的小颗粒表面浸涂抗氧化层烘干或者镀银层，接着作为填料添加到树脂中，然后用树脂浸渍石墨纤维缠绕石墨设备。本发明的设备具有更高的传导系数，具有极好的承压能力，热胀冷缩均匀，使用寿命长久。

技术领域：

本发明涉及一种石墨设备的增强制备技术。

背景技术

石墨制造的氯化氢合成炉、石墨管或石墨塔等石墨设备具有耐腐蚀性号、耐热性高，传热效率高等优点 。但是常规的石墨合成炉等石墨设备的石墨材质脆性较大，耐气压强度偏低，其外壁需要设置钢质护壳。

然而钢质护壳与石墨材质的热膨胀系数不同，在高温下容易出现两种材质之间的分层，导致传热效果欠佳，而且钢材耐腐蚀性较差，导致设备的维护成本增大。

申请号：2012104937461的发明提供了一种水冷壁式石墨炉筒的盐酸合成炉，冷却部件包含炉筒、进水管、出汽管。石墨炉筒是由多块石墨圈拼接而成，每个石墨圈经过酚醛树脂二次浸渍后经130℃-380℃高温处理。炉筒与进水管、出汽管的连接法兰是耐热钢制成的，合成部件和吸收部件的炉壳是碳钢制成的。该发明的主体与外壳的材质差异较大，容易分层。导致传热性降低，耐压性减低。

申请号：2013101227554的发明涉及一种高分子材料焊接内胆纤维缠绕复合材料高压气瓶及其制造方法，属于液化石油气用储存装置领域。首先将金属接头放到注塑机的模具腔中进行高分子材料的注塑，形成金属接头与高分子材料紧密结合为一体的半圆球形注塑件。然后将高分子材料的长圆筒形主体放到高分子材料焊接机中央固定；再将两个半圆球形注塑件分别放入高分子材料焊接机的两端固定；启动高分子材料焊接机将长圆筒形主体两端与半圆球形注塑件一次性焊接形成密封的内胆；最后使用缠绕机在内胆外进行纤维缠绕层的缠绕。该发明的材质都是高分子材质，导入效果较差，不能作为传热设备。

发明内容

发明目的：

提供一种具有增强外壳、传热效果好、耐压强度高的石墨纤维缠绕石墨设备及其成型方法。

技术方案：

本发明的石墨纤维缠绕石墨设备，主体结构是传热用的石墨管、石墨炉或石墨塔，另在主体结构或者局部（石墨材质的局部）的外壁上具有酚醛树脂、环氧酚醛树脂或沥青树脂（这三种树脂的耐热性较好，与石墨纤维的粘接强度较高）浸渍石墨纤维的缠绕层外壳（或者在石墨管、石墨炉或石墨塔的局部具有该外壳），所述的石墨纤维是将碳纤维进行石墨化处理后获得，其导热性优于碳纤维，其热膨胀系数与石墨制品基本相同，石墨纤维与石墨同质，在热变形时热胀冷缩基本一致，缠绕纤维不会因为膨胀系数的差异导致缠绕力减弱，不会出现应力分层；而且，石墨纤维热传导系数优越于碳纤维，高于碳纤维15~20%，使得具有该缠绕层的石墨制品的壁面传热性能更好，有利于实现石墨制品壁内外空间之间的热交换。

所述的树脂中的主要填料是石墨粉填料（起填充、增强、传热等功能，进一步保证上述缠绕层的纤维增强材料和粒子增强材料都是石墨材质，使得所述的树脂固化后的热胀冷缩性能与石墨材质接近）；树脂中或有少量的重质碳酸钙或轻质碳酸钙的填料，以便具有更合适的韧性，不易破碎。树脂中另有溶剂等必须的助剂。

石墨粉具有热膨胀小，导热性好、抗热震性和化学稳定性好等诸多优点，但是有一个缺点：易被氧化。

优选地，在所述的树脂中，还含有陶瓷类抗氧化剂或者银粉添加剂，分散在酚醛树脂基体中，吸附在石墨粉上，能够延缓或阻止石墨粉的氧化。

进一步优选，在所述的石墨粉颗粒表面预先设置有陶瓷类抗氧化剂涂层或者化学镀银层，然后添加到树脂基体中作为主要填料。