CN1461829A - 碳纤维表面缺陷的修补方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是对碳纤维及石墨化碳纤维质量控制的一种方法，是对碳纤维在加工后产生的表面空洞缺陷进行气相沉积法修补的一道补充工序，具体是将碳纤维利用聚焦电磁场感应加热后，并制造一个乙炔反应环境，使乙炔在高温碳纤维附近裂解为氢气和碳原子。碳原子沉积在碳纤维表面，特别是其空洞处达到修复缺陷的目的。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维加工工艺的改进和补充，特别是对碳纤维现有生产工艺中形成的表面空洞进行处理的方法。
背景技术
碳纤维(或石墨纤维)在加工生产过程中，特别是以聚炳烯腈原丝的为原料而加工生产的碳纤维。由于原丝本身的缺陷以及加工过程中均匀性原因造成表面孔洞的形成，这些孔洞造成纤维受力时的应力集中现象，亦是单丝断裂的主要因素。对这些表面孔洞的恢复一直是碳纤维生产领域内十分关注的问题，但至今没有很好的方法，所以目前只能牺牲已有孔洞的单丝，从而造成碳纤维整体力学性能指标的明显下降。
发明内容
本发明的目的即是提供一种修补碳纤维表面孔洞的方法，具体地说是用碳涂层来进行修补的方法，以克服空洞现象，大幅提高碳纤维的力学性能。
具体的方法是利用射频聚焦装置将碳纤维感应加热，而在已形成的孔洞附近会由于孔洞的原因造成磁力线压缩，而温度明显升高，在这时将石英管反应式式器内营造一个乙炔气体的反应环境。乙炔在高温环境下裂解生成氢气和游离碳原子，碳原子沉积在高温的碳纤维表面。由于孔洞处温度高碳原子沉积速度快而实现对孔洞的修复作用，从而可有效地消除或消弱应力集中现象，大大提高了碳纤维的力学性能指标。
下面结合给出的射频加热专置的结构示意图，以进一步说明本发明所述的方法是如保实现碳纤维表面缺陷的修补任务的。
附图说明
图1即是本方法中应用的射频加热装置的结构示意图。
其中1为高频电源，2为射频匹配器，3为射频电缆，4为形成线性聚焦电磁场的对称耦合腔，5为石英管式反应器，5A为乙炔气充入口，5B为氢气口抽出口，5C、5D为氢气充入口，6为乙炔气源，6A为气体流量计，7为碳纤维，8、9为收发丝机构，6C为气体缓冲室。
具体实施方式
将要做表面处理的碳纤维7穿过石英管式反应器5设置在收发丝机构8、9之间，在强大聚焦电磁场感应下将碳纤维7加热至110～1300℃之间，此时由充气口5C、5D之间充入的氩气保证外部氧气不能进入反应器5，而由充气口5A处以每小时0.9～1.2升的乙炔气体逆着碳纤维运动方向进入石英反应器5，并与高温下的碳纤维接触产生裂解反应，反应生成的游离碳原子沉积在碳纤维的表面及空洞中。碳纤维7在石英反应器内的行进线速度为2～3米/分，可有效地保证碳纤维7表面沉积过程中的修复目的。两端氩气充入的流量为0.5升/小时。
还可以根据碳纤维缺陷的重重程度，适当地调整温度，丝速度和乙炔流量以保证修复的效果。
经过修复后的碳纤维或石墨纤维其抗拉强度和弹性横量均有明显的提高，是对碳纤维生产工艺质量控制的一个有益补充。
Claims (5)
1、碳纤维表面缺陷的修补方法，该方法借助专用射频线性聚焦的专用设备，将碳纤维加热，其特征在于于此同时在碳纤维所运动通过的石英管式反应器中制造一个乙炔气体充斥的反应环境，乙炔裂解后生成碳原子沉积在碳纤维表面及空洞处完成缺陷修补。
2、根据权利要求1所说的修补方法，其特征在于使用聚焦电磁场将碳纤维加热至1100～1300℃，进行乙炔裂解和碳原子沉积。
3、根据权利要求1所说的修补方法，其特征在于碳纤维在聚焦电磁场中行进的线速度为2～3米/分。
4、根据权利要求1所说的修补方法，其特征在于反应所需乙炔气体从反应器碳纤维出口端充入，充入量为0.9～1.2升/小时。
5、根据权利要求1所说的修补方法，其特征在于为保证密封效果在反应器两端的碳纤维出入口充入氩气0.5升/小时。
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