气相成长石墨纤维组成物的生产系统的制作方法
【技术领域】
[000U本实用新型是有关于一种气相成长石墨纤维（Vapor-GrownGraphiteFibers;VGG巧组成物的生产系统，特别是有关于一种高纯度气相成长石墨纤维组成物的生产系统。
【背景技术】
[0002] W气相法生成的碳纤维（Vapor-GrownCarbonFiber;VGCF)的结晶定向性极佳， 且具有高强度、高弹性、高耐腐蚀性、高长径比、高导热系数、低电阻系数、低热膨胀系数等 优良的材料特性。加上，使用气相法来制造碳纤维可通过热处理而获得近乎单结晶的石墨 构造，其导电性相当良好，导热性更优于铜、侣等高导热性材料。气相法生成的碳纤维的成 功研发，使长期W来由PAN、Pitch等有机系碳纤维（0PC巧技术主导的碳纤维领域，增添了 一种相当重要的技术。
[0003] 气相法生成的碳纤维的技术主要是W低碳姪为原料（碳源），在还原性载气（例如 氨气）气氛中高温热解，通过如铁、镶、钻等过渡金属的超细微粒为晶核的特殊催化作用， 而直接生成气相成长碳纤维，其反应温度是介于800°C~1300°C之间。气相成长碳纤维的 制备具有独特优势；即制备工艺简单，无需进行纺丝、预氧化、碳化等0PCF技术所必需的制 造步骤，可W直接由廉价的低碳姪类通过高温热解，催化生成碳纤维。
[0004] 已知的气相成长碳纤维的生产设备主要是由供气装置、反应装置和收集槽所组 成。首先，原料气体（例如；碳氨化物和反应触媒）和载气（例如；氨气）由供气装置进入 反应装置中，产生高温热解而生成碳纤维。然后，所产生的碳纤维落入收集槽中。
[0005] 已知的气相成长碳纤维的生产设备有W下的缺点；其所使用或生产的触媒、原料、 碳纤维易附着在反应装置的反应管的内壁上，而形成颗粒状杂质，或团聚堆积导致反应管 中的流场不顺，甚至造成反应管阻塞而使生产中断；其所产生的碳纤维及颗粒状杂质无法 分离，因而造成碳纤维组成物含有许多非纤维状碳杂质。气相成长碳纤维内含有太多非纤 维状碳，因而降低其在复材中所能建构的连续网路的数目，从而影响复材的性能。再者，因 已知的气相成长碳纤维未被高度石墨化，故其对复材的导电、导热等性能的提高未如预期。
[0006] 因此，非常需要发展一种气相成长石墨纤维组成物的生产系统，借W分离碳纤维 及颗粒状杂质，且将气相成长碳纤维高度石墨化，W产生高纯度气相成长石墨纤维组成物。 【实用新型内容】
[0007] 因此，本实用新型的一目的就是在提供一种气相成长石墨纤维组成物的生产系 统，借W分离碳纤维及颗粒状杂质，且将气相成长碳纤维高度石墨化，W产生高纤维纯度与 高石墨化程度的气相成长石墨纤维组成物。
[000引根据本实用新型的上述目的，提出一种气相成长石墨纤维组成物的生产系统，其 主要设备包含：静态混合器与微雾喷嘴进料装置、垂直式管形反应器、防附着涂层、加热器、 分层装置、纤维组成物悬浮液收集装置、离屯、机、干燥机和石墨化炉，其中将原料及触媒加 热气化成反应气体的预热室是连接至垂直式管形反应器的顶部。微雾喷嘴是设置在预热 室的顶部。静态混合器是连接至微雾喷嘴。垂直式管形反应器具有一反应气体输入口、一 载气输入口和一产物输出口，反应气体输入口和载气输入口是位于垂直式管形反应器的顶 部，而产物输出口是位于垂直式管形反应器的底部。防附着涂层是覆设在垂直式管形反应 器的内壁上。加热器是邻设于垂直式管形反应器的外壁。分层装置包含：一产物捕集部和 一锥形部。产物捕集部是连通至垂直式管形反应器的产物输出口，并具有一分散剂和水输 入口和一纤维组成物悬浮液输出口。锥形部是连通至产物捕集部。纤维组成物悬浮液收集 装置是连接至纤维组成物悬浮液输出口。离屯、机是连接至纤维组成物悬浮液收集装置，并 具有一湿纤维组成物输出口。干燥机是连接至湿纤维组成物输出口，并具有一干纤维组成 物输出口。石墨化炉是连接至干纤维组成物输出口。
[0009] 依据本实用新型的一实施例，上述系统的纤维组成物悬浮液收集装置还包含：揽 拌机。
[0010] 依据本实用新型的又一实施例，上述防附着涂层是氮化棚涂层、氮化侣涂层、氮化 嫁涂层或氮化铜涂层。
[0011] 依据本实用新型的再一实施例，上述系统的纤维组成物悬浮液收集装置还包含： 一预热室，连接至该垂直式管形反应器的顶部；一微雾喷嘴，设置在该预热室的顶部；W及 一静态混合器，连接至该微雾喷嘴。
[0012] 由上述实施例可知，应用本实用新型的气相成长石墨纤维组成物的生产系统，可 有效地分离碳纤维及颗粒状杂质，并石墨化气相成长碳纤维为气相成长石墨纤维组成物， 故可大幅地提高气相成长石墨纤维组成物的碳纤维纯度与石墨化程度，提升复材的导电、 导热、强度等性能。
【附图说明】
[0013] 为让本实用新型的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图 的说明如下：
[0014] 图1是绘示依照本实用新型的一些实施例的气相成长石墨纤维组成物的生产系 统的示意图。
【具体实施方式】
[0015] 有鉴于已知的气相成长碳纤维的生产系统在生产时，其所使用或产生的触媒、原 料、碳纤维易附着在垂直式管形反应器的内壁上，逐渐形成颗粒状杂质，或团聚堆积导致反 应管中的流场不顺，甚至造成反应管阻塞而使生产中断。本实用新型将防附着涂层覆设在 垂直式管形反应器的内壁上，W防止触媒、原料、碳纤维附着在垂直式管形反应器的内壁 上。本实用新型并使用通入有分散剂和水的分层装置，来使产生的纤维组成物及颗粒状杂 质在水中分层而分开。
[0016] 请参照图1，图1是绘示依照本实用新型的一些实施例的气相成长石墨纤维组成 物的生产系统100的示意图。气相成长石墨纤维组成物的生产系统100包含；垂直式管形 反应器130、防附着涂层133、加热器132、分层装置140、纤维组成物悬浮液收集装置150、离 屯、机160、干燥机170和石墨化炉180。在其他实施例中，气相成长石墨纤维组成物的生产 系统100还包含；预热室120、微雾喷嘴121和静态混合器110。预热室120设置有加热装 置122,并连接至垂直式管形反应器130的顶部。微雾喷嘴121是设置在预热室120的顶 部。静态混合器110是连接至微雾喷嘴121。静态混合器110与微雾喷嘴121可避免进料 不均形成非纤维状杂质。
[0017] 垂直式管形反应器130具有一反应气体输入口 131、一载气输入口 134和一产物输 出口 135。反应气体输入口 131和载气输入口 134是位于垂直式管形反应器130的顶部，而 产物输出口 135是位于垂直式管形反应器130的底部。防附着涂层133是覆设在垂直式管 形反应器130的内壁上。垂直式管形反应器130的材质可为氧化侣、碳化娃、氮化娃、石英或 富侣红柱石（mullite)等，而垂直式管形反应器的内壁是经过一Ilia族氮化物涂层处理， W形成防附着涂层133,其中Ilia族氮化物包含氮化棚炬脚、氮化侣（A1N)、氮化嫁（GaN)、 氮化铜（InN)。举例而言，氮化棚及氮化侣等在氨气的反应条件下有良好的化学安定性，且 热传导佳（导热系数150~300W/mK)，并具有高润滑不沾黏特性。本实用新型的Ilia族 氮化物涂层处理是将垂直式管形反应器130的内壁清洗干净后，使用Ilia族氮化物涂料 或喷剂来回涂布，或W瓣锻（Sputtering)方式，或气相层积（CVD)法在垂直式管形反应器 130的粗趟内壁表面上，设置一平整光滑表面的薄层，借W减少触媒、原料、碳纤维在管的内 壁上附着而形成颗粒状杂质，或团聚堆积导致流场不顺，甚至造成反应器流路阻塞而生产 中断。因此，在一些实施例中，防附着涂层133是一Ilia族氮化物涂层，例如；氮化棚涂层、 氮化侣涂层、氮化嫁涂层或氮化铜涂层。在其他实施例中，防附着涂层133是一氮化棚涂层 或一氮化侣涂层。
[0018] 加热器132是邻设于垂直式管形反应器130的外壁，用W增加反应器内的温度。分 层装置140包含；产物捕集部141和锥形部144。产物捕集部141是连通至垂直式管形反 应器130的产物输出口 135,并具有一分散剂和水输入口 142和一纤维组成物悬浮液输出口 143,而锥形部144是连通至产物捕集部141。当垂直式管形反应器130产生少量的非纤维 状碳颗粒，可通过分层装置140更加纯化，得到非纤维状碳与纤维状气相成长碳纤维的面 积比在5%W下的高纯度气相成长碳纤维组成物。当原料（反应气体）在垂直式管形反应 器130中产生热裂解反应后，产物进入垂直式管形反应器130底部的分层装置140。
[0019] 本实用新型由分散剂和水输入口 142喷入含分散剂的水至分层装置140中。由于 颗粒状杂质的比重较水大，故会沉于锥形部144的底部，而