[发明专利]一种利用非平衡等离子体制造碳纤维的装置及其方法

摘要

本发明涉及一种利用非平衡等离子体制造碳纤维的装置及其方法，属于非平衡等离子体应用技术领域。为了克服现有碳纤维制造过程中对设备的要求高、能耗大以及生产成本高的技术不足，本发明提供一种利用非平衡等离子体制造碳纤维的装置及其在低温环境下用非平衡等离子体制造碳纤维的方法，采用本发明的装置及其方法不仅可以降低碳纤维制造过程中的预氧化，碳化和石墨化温度，大大降低了能耗，并且可以大大缩短碳纤维制造工艺各步骤的处理时间，显著提高了生产效率。

主权项

1.一种利用非平衡等离子体制造碳纤维的装置进行碳纤维制造的方法，其中所述的利用非平衡等离子体制造碳纤维的装置包括预氧化区，碳化区和石墨化区，所述的预氧化区包括氧气或空气入口、预氧化室、加热丝及其电源、电极板及其电源，介质板和反射屏，其中所述的加热丝包括上下两根，用于加热升高预氧化室内的温度；所述的反射板包括上下两个，位于加热丝的外侧，用以防止热量流失；所述的电极板包括上电极板和下电极板，位于加热丝的内侧，上下电极板分别与一块介质板相连，介质板之间形成非平衡等离子体处理区域；所述碳化区和石墨化区位于同一反应室内，所述的反应室包括气体入口、法兰盘及其固定装置，反应室的左右两边中心有狭缝与大气相通，其中法兰盘在反应室上下两侧各分布一个，法兰盘与反应室之间设置0形圈以保证其密封性能；所述的碳化区和石墨化区均包括发热体及其电源，电极板及其电源、介质板和反射屏，其中所述的发热体包括上下两根，用于加热升高预氧化室内的温度；所述的反射板包括上下两个，位于发热体的外侧，用以防止热量流失；所述的电极板包括上电极板和下电极板，位于发热体的内侧，上下电极板分别与一块介质板相连，介质板之间形成非平衡等离子体处理区域；其中碳化区的发热体为硅钼棒，石墨化区的发热体是用钨丝或石墨管制得；所述的利用非平衡等离子体制造碳纤维的装置还包括表面改性装置，其包括电极板及其电源和介质板，其用于对石墨化后的碳纤维进行表面改性；所述的利用非平衡等离子体制造碳纤维的装置还包括碳纤维固定装置和碳纤维转动装置，其中碳纤维固定装置包括原丝卷轴和支架；碳纤维转动装置包括电机、卷带筒和支架，用于控制碳纤维通过反应室以及预处理室的反应时间；所述的碳纤维制造的方法包括如下步骤：1)设定预氧化室内温度并接通电源，向预氧化室通入氧气或空气，设置电源电压和频率进行介质阻挡层放电，启动碳纤维转动装置使碳纤维原丝每一点经过非平衡等离子体区；2)设定碳化区的反应温度，并通过反应室入口通入惰性气体，设定电源的频率和电压进行碳化，启动碳纤维转动装置使碳纤维原丝每一点经过碳化区；3)设定石墨化区的反应温度，设定电源的频率和电压进行石墨化处理；4)设定表面改性装置电源频率和电压对碳纤维进行表面改性处理；所述的预氧化室的设定温度为100℃‐250℃；所述预氧化室内连接电极板的电源的设定频率1KHZ‐200KHZ，设定电压100V‐20kV；所述预氧化的时间为20‐25min；所述的碳化区的反应温度设定为1000℃‐1400℃，电源的设定频率5KHZ‐8KHZ，设定电压6KV‐15KV；所述的石墨化区的反应温度为2000℃‐3000℃，电源的设定频率为1‐2KHZ，电压10‐15KV。