螺旋式碳纤维发热体的制备方法 【技术领域】
本发明涉及碳纤维复合材料领域，具体的讲是涉及螺旋式碳纤维发热体的制备方法。
背景技术
电热元件是加热设备的关键部件。当前应用最为广泛的加热元件为金属材料，因加热温度不同，加热元件分高温、中温和低温三种类型。在低温状态下，多用电阻丝通电加热，由于电阻丝表面温度高，并且加热时发出可见光，热效率低，电热元件表面负荷率高，寿命短，特别是接头部位容易氧化断脱。目前低温辐射管加热元件主要采用电阻丝，外部配以耐热钢保护套保护电阻丝，但由于电阻丝本身特性所限，热效率转化较低。碳纤维本身为含碳量95％以上的纤维材料，自身接近绝对黑体，热转化效率和热辐射效率极高，同时，碳纤维还具有高强度，高模量，耐高温，耐腐蚀等诸多优异性能，用碳纤维加工制造电加热辐射管特别适合民用取暖，电热锅炉、低温烘烤设备等领域。由于直接用碳纤维本身加工成的加热元件支撑强度较低，必须缠绕在绝缘支撑芯体上才能保持形状，该类型电热管只能加工成直管状，无法制造圆形、梨形、U形等异型电热管，并且由于通电时，先加热支撑芯体，因而导致热响应时间长，加热速度慢，不耐颠簸震荡，限制了该电热元件地使用领域。
【发明内容】
针对现有技术的不足，本发明提供一种能提高碳纤维电热管的结构灵活性，满足各种异型电热管使用需求的一种螺旋式碳纤维发热体的制备方法。
本发明通过将碳纤维浸渍含碳有机溶剂，在芯体上缠绕成型后，高温烧结定型，制得碳/碳复合材料碳纤维螺旋体。内容包括浸渍含碳有机溶剂的配比，高温烧结的方法，以及碳纤维螺旋体的接头连接。利用本发明的碳纤维螺旋体作为加热体，可开发高性能高辐射电热辐射管，也可螺旋盘绕在金属容器外壁上加热金属容器内的水或液体。
本发明的螺旋式碳纤维发热体的制备方法，其关键技术在于先将碳纤维浸渍含碳有机溶剂，晾干后以一定螺距缠绕在绝缘支撑芯体上，然后将其在氮气保护或真空炉中烧结定型启脱出芯体，在碳纤维螺旋体端部采用金属片或金属板叠层结构形式，用机械压紧接头。
本发明的螺旋式碳纤维发热体的制备方法，其关键技术在于浸渍用合碳有机溶剂为液体酚醛树脂和酒精的混合液，配比为：
酚醛树脂：4-25％
酒精：96-75％
本发明的无芯碳纤维螺旋体电热元件的制备方法，其关键技术在于烧制用的炉型为高纯氮气保护炉或真空炉。用高纯氮气保护炉烧结定型时，烧结温度为500-700℃，保温时间2-5分钟；利用真空炉烧结定型时，在真空炉中采用逐渐加温形式进行烧结，加温速率为100～150℃/分钟，烧结温度为2000-2500℃，保温时间25分钟后得到产品。
本发明的螺旋式碳纤维发热体的制备方法，关键技术在于合碳有机溶剂经烧结后保留有碳的成份，其他杂质被烧净后变为烟气排出，其保留的碳成份将碳纤维发热体固定定型为螺旋式。其接头部分采用金属片、板或杆的叠层将碳纤维螺旋体端部采用机器压制连接，俗称为叠压式连接，确保接触牢固。
本发明易制作，螺旋形状不变形，适用于石英管内的电加热体，可用于圆形、梨形、U形等异型电热管内的电加热体，也适用于金属容器外螺旋卷绕用的电加热体使用。加工出的产品在使用一段时间后重新组装时不变形，可更换其他部件后再重新使用本产品。接头形式简单，易于固定，接触良好，不易松脱，操作方便，是一种既方便又可靠的连接方式。
【附图说明】
图1为本发明立体示意简图
附图1为碳纤维螺旋体，2为碳纤维发热体。
【具体实施方式】
实施例一：将一束12K碳纤维浸渍在含酚醛树脂4％，酒精96％的有机溶剂中5分钟，取出后晾干，将此束浸渍过有机溶剂的碳纤维以螺距均匀缠绕在外径7毫米的石英管上，将缠好碳纤维的石英管放入高纯氮气保护的炉中加热，温度500℃，保温2分钟，从炉中取出，在氮气保护气氛下冷却至室温后抽出石英管支撑体，便制得定型好的碳纤维螺旋体1，然后悬挂式进入真空炉中以逐渐加温形式烧结定型，加温速率为100℃/分钟，逐渐加温至2000℃，保温25分钟后得到螺旋体1状碳纤维发热体2。
实施例二：将12束1K碳纤维编织成绳，浸渍在含酚醛树脂10％，酒精90％的有机溶剂中10分钟，取出后晾干，按照实施例1步骤缠绕在氧化铝管支撑芯体上，将缠好碳纤维的氧化铝管支撑芯体放入高纯氮气保护的炉中加热，温度600℃，保温3分钟，从炉中取出，在氮气保护气氛下冷却至室温后抽出氧化铝管支撑体，便制得定型好的碳纤维螺旋体1，然后悬挂式进入真空炉中以逐渐加温形式烧结定型，加温速率为120℃/分钟，逐渐加温至2200℃，保温25分钟后得到螺旋体1状碳纤维发热体2。
实施例三：将3束12K碳纤维加拈合股成绳，浸渍在含酚醛树脂25％，酒精75％的有机溶剂中15分钟，取出后晾干，按照实施例1步骤缠绕在氧化铝管支撑芯体上，将缠好碳纤维的氧化铝管支撑芯体放入高纯氮气保护的炉中加热，温度700℃，保温5分钟，从炉中取出，在氮气保护气氛下冷却至室温后抽出氧化铝管支撑体，便制得定型好的碳纤维螺旋体1，然后悬挂式进入真空炉中以逐渐加温形式烧结定型，加温速率为150℃/分钟，逐渐加温至2500℃，保温25分钟后得到螺旋体1状碳纤维发热体2。
以上三个实施例子加工出的产品在使用一段时间后重新组装时不变形，可更换其他部件后再重新使用本产品。本发明的螺旋体1状碳纤维发热体2的制备方法，关键技术在于合碳有机溶剂经烧结后保留有碳的成份，其他杂质被烧净后变为烟气排出，其保留的碳成份将碳纤维发热体固定定型为螺旋式。其接头部分采用金属片或板的叠层将碳纤维螺旋体1两端采用机器压制连接，俗称为叠压式连接，确保接触牢固。