氣相成長石墨纖維組成物的生產系統的制作方法
【技術領域】
[000U本實用新型是有關于一種氣相成長石墨纖維（Vapor-GrownGraphiteFibers;VGG巧組成物的生產系統，特別是有關于一種高純度氣相成長石墨纖維組成物的生產系統。
【背景技術】
[0002] W氣相法生成的碳纖維（Vapor-GrownCarbonFiber;VGCF)的結晶定向性極佳， 且具有高強度、高彈性、高耐腐蝕性、高長徑比、高導熱系數、低電阻系數、低熱膨脹系數等 優良的材料特性。加上，使用氣相法來制造碳纖維可通過熱處理而獲得近乎單結晶的石墨 構造，其導電性相當良好，導熱性更優于銅、侶等高導熱性材料。氣相法生成的碳纖維的成 功研發，使長期W來由PAN、Pitch等有機系碳纖維（0PC巧技術主導的碳纖維領域，增添了 一種相當重要的技術。
[0003] 氣相法生成的碳纖維的技術主要是W低碳姪為原料（碳源），在還原性載氣（例如 氨氣）氣氛中高溫熱解，通過如鐵、鑲、鉆等過渡金屬的超細微粒為晶核的特殊催化作用， 而直接生成氣相成長碳纖維，其反應溫度是介于800°C~1300°C之間。氣相成長碳纖維的 制備具有獨特優勢；即制備工藝簡單，無需進行紡絲、預氧化、碳化等0PCF技術所必需的制 造步驟，可W直接由廉價的低碳姪類通過高溫熱解，催化生成碳纖維。
[0004] 已知的氣相成長碳纖維的生產設備主要是由供氣裝置、反應裝置和收集槽所組 成。首先，原料氣體（例如；碳氨化物和反應觸媒）和載氣（例如；氨氣）由供氣裝置進入 反應裝置中，產生高溫熱解而生成碳纖維。然后，所產生的碳纖維落入收集槽中。
[0005] 已知的氣相成長碳纖維的生產設備有W下的缺點；其所使用或生產的觸媒、原料、 碳纖維易附著在反應裝置的反應管的內壁上，而形成顆粒狀雜質，或團聚堆積導致反應管 中的流場不順，甚至造成反應管阻塞而使生產中斷；其所產生的碳纖維及顆粒狀雜質無法 分離，因而造成碳纖維組成物含有許多非纖維狀碳雜質。氣相成長碳纖維內含有太多非纖 維狀碳，因而降低其在復材中所能建構的連續網路的數目，從而影響復材的性能。再者，因 已知的氣相成長碳纖維未被高度石墨化，故其對復材的導電、導熱等性能的提高未如預期。
[0006] 因此，非常需要發展一種氣相成長石墨纖維組成物的生產系統，借W分離碳纖維 及顆粒狀雜質，且將氣相成長碳纖維高度石墨化，W產生高純度氣相成長石墨纖維組成物。 【實用新型內容】
[0007] 因此，本實用新型的一目的就是在提供一種氣相成長石墨纖維組成物的生產系 統，借W分離碳纖維及顆粒狀雜質，且將氣相成長碳纖維高度石墨化，W產生高纖維純度與 高石墨化程度的氣相成長石墨纖維組成物。
[000引根據本實用新型的上述目的，提出一種氣相成長石墨纖維組成物的生產系統，其 主要設備包含：靜態混合器與微霧噴嘴進料裝置、垂直式管形反應器、防附著涂層、加熱器、 分層裝置、纖維組成物懸浮液收集裝置、離屯、機、干燥機和石墨化爐，其中將原料及觸媒加 熱氣化成反應氣體的預熱室是連接至垂直式管形反應器的頂部。微霧噴嘴是設置在預熱 室的頂部。靜態混合器是連接至微霧噴嘴。垂直式管形反應器具有一反應氣體輸入口、一 載氣輸入口和一產物輸出口，反應氣體輸入口和載氣輸入口是位于垂直式管形反應器的頂 部，而產物輸出口是位于垂直式管形反應器的底部。防附著涂層是覆設在垂直式管形反應 器的內壁上。加熱器是鄰設于垂直式管形反應器的外壁。分層裝置包含：一產物捕集部和 一錐形部。產物捕集部是連通至垂直式管形反應器的產物輸出口，并具有一分散劑和水輸 入口和一纖維組成物懸浮液輸出口。錐形部是連通至產物捕集部。纖維組成物懸浮液收集 裝置是連接至纖維組成物懸浮液輸出口。離屯、機是連接至纖維組成物懸浮液收集裝置，并 具有一濕纖維組成物輸出口。干燥機是連接至濕纖維組成物輸出口，并具有一干纖維組成 物輸出口。石墨化爐是連接至干纖維組成物輸出口。
[0009] 依據本實用新型的一實施例，上述系統的纖維組成物懸浮液收集裝置還包含：攬 拌機。
[0010] 依據本實用新型的又一實施例，上述防附著涂層是氮化棚涂層、氮化侶涂層、氮化 嫁涂層或氮化銅涂層。
[0011] 依據本實用新型的再一實施例，上述系統的纖維組成物懸浮液收集裝置還包含： 一預熱室，連接至該垂直式管形反應器的頂部；一微霧噴嘴，設置在該預熱室的頂部；W及 一靜態混合器，連接至該微霧噴嘴。
[0012] 由上述實施例可知，應用本實用新型的氣相成長石墨纖維組成物的生產系統，可 有效地分離碳纖維及顆粒狀雜質，并石墨化氣相成長碳纖維為氣相成長石墨纖維組成物， 故可大幅地提高氣相成長石墨纖維組成物的碳纖維純度與石墨化程度，提升復材的導電、 導熱、強度等性能。
【附圖說明】
[0013] 為讓本實用新型的上述和其他目的、特征、優點與實施例能更明顯易懂，所附附圖 的說明如下：
[0014] 圖1是繪示依照本實用新型的一些實施例的氣相成長石墨纖維組成物的生產系 統的示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 有鑒于已知的氣相成長碳纖維的生產系統在生產時，其所使用或產生的觸媒、原 料、碳纖維易附著在垂直式管形反應器的內壁上，逐漸形成顆粒狀雜質，或團聚堆積導致反 應管中的流場不順，甚至造成反應管阻塞而使生產中斷。本實用新型將防附著涂層覆設在 垂直式管形反應器的內壁上，W防止觸媒、原料、碳纖維附著在垂直式管形反應器的內壁 上。本實用新型并使用通入有分散劑和水的分層裝置，來使產生的纖維組成物及顆粒狀雜 質在水中分層而分開。
[0016] 請參照圖1，圖1是繪示依照本實用新型的一些實施例的氣相成長石墨纖維組成 物的生產系統100的示意圖。氣相成長石墨纖維組成物的生產系統100包含；垂直式管形 反應器130、防附著涂層133、加熱器132、分層裝置140、纖維組成物懸浮液收集裝置150、離 屯、機160、干燥機170和石墨化爐180。在其他實施例中，氣相成長石墨纖維組成物的生產 系統100還包含；預熱室120、微霧噴嘴121和靜態混合器110。預熱室120設置有加熱裝 置122,并連接至垂直式管形反應器130的頂部。微霧噴嘴121是設置在預熱室120的頂 部。靜態混合器110是連接至微霧噴嘴121。靜態混合器110與微霧噴嘴121可避免進料 不均形成非纖維狀雜質。
[0017] 垂直式管形反應器130具有一反應氣體輸入口 131、一載氣輸入口 134和一產物輸 出口 135。反應氣體輸入口 131和載氣輸入口 134是位于垂直式管形反應器130的頂部，而 產物輸出口 135是位于垂直式管形反應器130的底部。防附著涂層133是覆設在垂直式管 形反應器130的內壁上。垂直式管形反應器130的材質可為氧化侶、碳化娃、氮化娃、石英或 富侶紅柱石（mullite)等，而垂直式管形反應器的內壁是經過一Ilia族氮化物涂層處理， W形成防附著涂層133,其中Ilia族氮化物包含氮化棚炬腳、氮化侶（A1N)、氮化嫁（GaN)、 氮化銅（InN)。舉例而言，氮化棚及氮化侶等在氨氣的反應條件下有良好的化學安定性，且 熱傳導佳（導熱系數150~300W/mK)，并具有高潤滑不沾黏特性。本實用新型的Ilia族 氮化物涂層處理是將垂直式管形反應器130的內壁清洗干凈后，使用Ilia族氮化物涂料 或噴劑來回涂布，或W瓣鍛（Sputtering)方式，或氣相層積（CVD)法在垂直式管形反應器 130的粗趟內壁表面上，設置一平整光滑表面的薄層，借W減少觸媒、原料、碳纖維在管的內 壁上附著而形成顆粒狀雜質，或團聚堆積導致流場不順，甚至造成反應器流路阻塞而生產 中斷。因此，在一些實施例中，防附著涂層133是一Ilia族氮化物涂層，例如；氮化棚涂層、 氮化侶涂層、氮化嫁涂層或氮化銅涂層。在其他實施例中，防附著涂層133是一氮化棚涂層 或一氮化侶涂層。
[0018] 加熱器132是鄰設于垂直式管形反應器130的外壁，用W增加反應器內的溫度。分 層裝置140包含；產物捕集部141和錐形部144。產物捕集部141是連通至垂直式管形反 應器130的產物輸出口 135,并具有一分散劑和水輸入口 142和一纖維組成物懸浮液輸出口 143,而錐形部144是連通至產物捕集部141。當垂直式管形反應器130產生少量的非纖維 狀碳顆粒，可通過分層裝置140更加純化，得到非纖維狀碳與纖維狀氣相成長碳纖維的面 積比在5%W下的高純度氣相成長碳纖維組成物。當原料（反應氣體）在垂直式管形反應 器130中產生熱裂解反應后，產物進入垂直式管形反應器130底部的分層裝置140。
[0019] 本實用新型由分散劑和水輸入口 142噴入含分散劑的水至分層裝置140中。由于 顆粒狀雜質的比重較水大，故會沉于錐形部144的底部，而