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碳纤维研习社从国家知识产权局获悉，中国科学院山西煤炭化学研究所最新申请一项发明专利公布，专利名称为“一种石墨化炉、以及一种高强高模碳纤维及其制备方法”，申请公布日期为2024年11月12日。
聚丙烯腈基高强高模碳纤维因其高比模量、高比强度、低热膨胀系数等优异性能，被广泛应用于航空航天等领域。
然而，现有的制备技术存在拉伸强度与拉伸模量难以同步提升、纤维毛丝多、稳定性差等问题，且常用的电阻炉在高温石墨化环境中存在发热体寿命短、能耗高、升温慢等问题，无法满足工业化连续生产的需求。
石墨化炉设计：提出一种感应加热式石墨化炉，包括连续的多个温区段和对应的感应线圈段，以及电磁屏蔽结构，实现连续多温区加热，避免温区间的相互影响。 电磁屏蔽结构：使用碳纤维布和钨网交替叠接的电磁屏蔽结构，提高屏蔽效果和耐烧蚀性。 炉膛结构：炉膛设计为扁平状，与纤维丝适配，提高有效空间利用率，降低能耗。 炉膛材质与厚度：炉膛材质为石墨，厚度与设计温度有特定关系，保证炉膛使用寿命和结构强度。 制备方法：提供了一种高强高模碳纤维的制备方法，通过精细控制石墨化处理的工艺条件，实现纤维高强度和高模量的同时兼顾。
解决的难点问题
高温石墨化环境下的发热体寿命问题：感应加热式石墨化炉避免了电阻式石墨化炉中石墨发热体的快速损耗问题。
能耗与升温速率：感应加热方式相比电阻加热，具有更低的能耗和更快的升温速率。
连续生产需求：通过连续多温区设计，满足了规模化及连续聚丙烯腈基高强高模碳纤维的制备需求。
纤维性能提升：通过优化石墨化处理工艺，提升了纤维的拉伸强度和模量，同时保证了纤维的稳定性。
与现有技术相比，本专利的石墨化炉设计显著提高了设备的使用寿命和能效比，同时通过精细控制石墨化处理工艺，提升了碳纤维的性能。特别是在高温石墨化处理中，本专利的技术方案能够实现更均匀的温度分布和更高的生产效率。
专利提供了一种新的石墨化炉设计和碳纤维制备方法，通过提高碳纤维的性能和生产效率，有助于满足航空航天等高端领域对高性能碳纤维的需求。
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