一种半导体用碳纤维管的固化方法

技术领域

本发明涉及碳纤维管技术领域，具体涉及一种半导体用碳纤维管的固化方法。

背景技术

碳纤维是一种纤维状碳材料，它是一种强度大、密度小、耐腐蚀、耐高温且能导电的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。

机械臂是一个高度非线性、多输入、多输出且强耦合的复杂系统。由于其独特的操作灵活性，已广泛应用于工业装配等领域。碳纤维具有优异的力学性能，是大批量生产的高性能纤维中比模量最高、比强度最高的纤维。此外，碳纤维还具有耐腐蚀、耐疲劳和热膨胀系数低的优点。因此，越来越多的机器人手臂正在使用碳纤维复合材料。

目前，人们还不能直接用碳或石墨来抽成碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维(如尼龙丝、腈纶丝、人造丝等)做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体的气氛中，在一定强热下炭化而成。目前的碳纤维绝大部分都是用聚丙烯腈纤维的固相碳化制得的。

CN105128359A公开了一种碳纤维发热管的加工工艺，包括如下步骤：将碳纤维编织成长条状的碳纤维丝；将所得的碳纤维丝用编织机编织成碳纤维条；将所得的碳纤维条交错的缠绕在石英管上；对缠绕在石英管上的碳纤维条进行成型和固化处理。

CN109454893A公开了一种新型碳纤维管加工工艺，包括配溶液工艺、浸入溶液工艺、缠绕成型工艺和固化工艺，所述固化工艺包括将成型后的的碳纤维复合材料在固化炉内恒温150℃固化一小时，然后再将固化炉降温至室温，同时将固化炉中利用真空泵形成真空状态再次固化一小时，使得彻底去除溶剂，避免影响其成型后的强度。

但是，碳纤维等高性能复合材料的固化过程，是一个复杂的热、化学和力学性能急剧变化的过程，由于热效应和化学反应效应会导致残余应力和变形，因此提供一种固化效果好、可以批量生产的半导体用碳纤维管的固化方法具有重要意义。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，与现有技术相比，本发明提供的固化方法可以使碳纤维管具有良好的力学性能，稳定性好，不易变形。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，所述固化方法包括以下步骤：

(1)将待固化管坯进行第一热处理，得到第一管坯；

(2)将步骤(1)得到的所述第一管坯进行第二热处理，得到第二管坯；

(3)将步骤(2)得到的所述第二管坯进行降温处理，得到碳纤维管。

本发明提供的固化方法通过第一热处理、第二热处理和降温处理共同作用，可以保证碳纤维管的质量要求，提高碳纤维管的力学性能，降低振动恢复时间，提高碳纤维管的稳定性。

优选地，所述第一热处理的终点温度为70-80℃，例如可以是70℃、72℃、74℃、76℃、78℃或80℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明优选设置第一热处理的终点温度在特定范围，可以进一步提高碳纤维管的力学性能和稳定性。

优选地，步骤(1)所述第一热处理的保温时间为10-20min，例如可以是10min、12min、14min、16min、18min或20min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(1)所述第一热处理的过程中进行加压。

优选地，所述第一热处理中的压力为1-1.4MPa，例如可以是1MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa或1.4MPa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明优选设置第一热处理的压力在特定范围，可以进一步提高碳纤维管的力学性能和稳定性。

优选地，所述第二热处理的终点温度为120-128℃，例如可以是120℃、122℃、124℃、126℃或128℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明优选设置第二热处理的终点温度在特定范围，可以进一步提高碳纤维管的力学性能和稳定性。

优选地，步骤(2)所述第二热处理的保温时间为1.5-2h，例如可以是1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(2)所述第二热处理的过程中进行加压。

优选地，所述第二热处理的压力为2.2-2.6MPa，例如可以是2.2MPa、2.3MPa、2.4MPa、2.5MPa或2.6MPa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

本发明优选设置第二热处理的终点温度在特定范围，可以进一步提高碳纤维管的力学性能和稳定性。

优选地，所述降温处理的终点温度为70-90℃，例如可以是70℃、72℃、74℃、76℃、78℃、80℃、82℃、84℃、86℃、88℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

优选地，步骤(3)所述降温处理的保温时间为30-50min，例如可以是30min、32min、34min、36min、38min、40min、42min、44min、46min、48min或50min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。

作为本发明的优选技术方案，所述固化方法包括以下步骤：

(1)将待固化管坯升温至终点温度为70-80℃，保温10-20min进行第一热处理，得到第一管坯；所述第一热处理的过程中进行加压，所述第一热处理中的压力为1-1.4MPa；

(2)将步骤(1)得到的所述第一管坯升温至终点温度为120-128℃，保温1.5-2h进行第二热处理，得到第二管坯；所述第二热处理的过程中进行加压，所述第二热处理的压力为2.2-2.6MPa；

(3)将步骤(2)得到的所述第二管坯降温至终点温度为70-90℃，保温30-50min进行降温处理，得到碳纤维管。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的固化方法可以提高碳纤维管的力学性能，所得碳纤维管强度高，稳定性好，且不易变形，可以使碳纤维管的振动恢复时间达到39s以下，在较优条件下达到21s以下。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，所述固化方法包括以下步骤：

(1)将待固化管坯升温至终点温度为75℃，保温15min进行第一热处理，得到第一管坯；所述第一热处理的过程中进行加压，所述第一热处理中的压力为1.2MPa；

(2)将步骤(1)得到的所述第一管坯升温至终点温度为125℃，保温1.8h进行第二热处理，得到第二管坯；所述第二热处理的过程中进行加压，所述第二热处理的压力为2.4MPa；

(3)将步骤(2)得到的所述第二管坯降温至终点温度为80℃，保温40min进行降温处理，得到碳纤维管。

实施例2

本实施例提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，所述固化方法包括以下步骤：

(1)将待固化管坯升温至终点温度为80℃，保温10min进行第一热处理，得到第一管坯；所述第一热处理的过程中进行加压，所述第一热处理中的压力为1.1MPa；

(2)将步骤(1)得到的所述第一管坯升温至终点温度为120℃，保温2h进行第二热处理，得到第二管坯；所述第二热处理的过程中进行加压，所述第二热处理的压力为2.5MPa；

(3)将步骤(2)得到的所述第二管坯降温至终点温度为70℃，保温30min进行降温处理，得到碳纤维管。

实施例3

本实施例提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，所述固化方法包括以下步骤：

(1)将待固化管坯升温至终点温度为70℃，保温20min进行第一热处理，得到第一管坯；所述第一热处理的过程中进行加压，所述第一热处理中的压力为1.3MPa；

(2)将步骤(1)得到的所述第一管坯升温至终点温度为128℃，保温1.5h进行第二热处理，得到第二管坯；所述第二热处理的过程中进行加压，所述第二热处理的压力为2.3MPa；

(3)将步骤(2)得到的所述第二管坯降温至终点温度为90℃，保温50min进行降温处理，得到碳纤维管。

实施例4

本实施例提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，与实施例1相比的区别仅在于第一热处理中的压力为0.8MPa。

实施例5

本实施例提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，与实施例1相比的区别仅在于第一热处理中的压力为2MPa。

实施例6

本实施例提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，与实施例1相比的区别仅在于第二热处理中的压力为1.5MPa。

实施例7

本实施例提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，与实施例1相比的区别仅在于第二热处理中的压力为3MPa。

对比例1

本对比例提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，与实施例1相比的区别仅在于不进行第一热处理，将待固化管坯直接进行第二热处理和降温处理。

对比例2

本对比例提供一种半导体用碳纤维管的固化方法，与实施例1相比的区别仅在于不进行第二热处理，将第一管坯直接进行降温处理。

对实施例1-7和对比例1-2所制备的碳纤维管的振动恢复时间，测定方法为将碳纤维管的一端悬挂2kg重物，另一端固定，移除重物开始检验碳纤维管停止振动的时间，结果如表1所示。

表1

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从表1可以看出以下几点：

(1)从实施例1-7的数据可以看出，采用本发明提供的固化方法可以使碳纤维管的振动恢复时间达到39s以下，在较优条件下达到21s以下。

(2)综合比较实施例1和实施例4-5的数据可以看出，实施例1中第一热处理的压力为1.2MPa，相较于实施例4-5分别为0.8MPa和2MPa而言，实施例1中的振动恢复时间明显低于实施例4-5，由此可见，本发明优选控制第一热处理的压力，可以进一步提高碳纤维管的稳定性。

(3)综合比较实施例1和实施例6-7的数据可以看出，实施例1中第二热处理的压力为2.4MPa，相较于实施例6-7分别为1.5MPa和3MPa而言，实施例1中的振动恢复时间明显低于实施例6-7，由此可见，本发明优选控制第二热处理的压力，可以进一步提高碳纤维管的稳定性。

(4)综合比较实施例1和对比例1-2的数据可以看出，对比例1与实施例1相比的区别仅在于不进行第一热处理，对比例2与实施例1相比的区别仅在于不进行第二热处理，实施例1中的振动恢复时间明显低于对比例1-2，由此可见，本发明提供的固化方法可以提高碳纤维管的稳定性。

综上所述，本发明提供的固化方法可以提高碳纤维管的力学性能，所得碳纤维管强度高，稳定性好，且不易变形。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。