瀝青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種瀝青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板及其制造方法，瀝青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板包括瀝青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體，是由瀝青基碳纖維無(wú)紡氈與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑的混合液混合后經(jīng)裁剪、層疊、成型、固化、碳化/石墨化處理后制得的板材，瀝青基碳纖維無(wú)紡氈由瀝青經(jīng)紡絲、預(yù)氧化和碳化制得。瀝青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體上、下表面由內(nèi)向外依次設(shè)有碳材料粘結(jié)劑層及石墨紙/碳纖維布，成品經(jīng)固化、碳化處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：1)保溫隔熱性好；2)密度達(dá)到0.1-0.4g/cm3，強(qiáng)度高，自支撐性好；3)經(jīng)表面處理，抗氧化、抗氣流沖刷，使用壽命長(zhǎng)；4)工藝簡(jiǎn)單，制作成本低，可以一次定厚，產(chǎn)品不易開(kāi)裂，穩(wěn)定性好。
【專利說(shuō)明】瀝青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隔熱保溫材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及在晶體生長(zhǎng)爐及拉晶裝置、陶瓷燒結(jié)爐、真空高溫?zé)崽幚頎t等爐中使用的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)內(nèi)真空高溫爐中所使用的碳纖維隔熱保溫材料分為兩類(lèi):一類(lèi)是碳纖維軟氈，一類(lèi)是碳纖維硬氈。
[0003]碳纖維軟氈隔熱保溫材料一般采用軟碳?xì)?針刺氈)，這種結(jié)構(gòu)的隔熱保溫材料存在強(qiáng)度低、易變形、易粉化、隔熱效果差及拆卸、安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力等缺點(diǎn)。而碳纖維硬氈隔熱保溫材料克服了軟碳?xì)炙嬖诘娜秉c(diǎn)，作為晶體爐，陶瓷燒結(jié)爐，氣相沉積爐等高溫爐用隔熱保溫材料被廣泛使用。
[0004]碳纖維硬氈主要有黏膠基、PAN基和浙青基三種，黏膠基碳纖維雖然導(dǎo)熱系數(shù)較小，理論分析其最適合做隔熱材料，但是其抗氧化性能和強(qiáng)度都不及浙青基碳纖維，并且其收率極低，價(jià)格昂貴，很大程度上限制了其的使用。PAN基碳纖維由于原料便宜，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，國(guó)內(nèi)很多廠家都在用，但是其在高溫處理后，纖維變脆，容易產(chǎn)生碳纖維碎屑，對(duì)爐內(nèi)氣氛造成較大危害，并且碳纖維斷面呈鋸齒狀，會(huì)形成尖銳的斷面，對(duì)人體健康危害比較大。浙青基碳纖維含碳量高，揮發(fā)少，純度高，導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小，強(qiáng)度高不宜斷裂，即使碳纖維斷裂，斷裂形成的斷面比較圓滑對(duì)人體健康危害極小。使用浙青基碳纖維生產(chǎn)的隔熱材料具有以下優(yōu)點(diǎn):1)優(yōu)良的隔熱性能；2)碳含量高，揮發(fā)物少，污染小；3)較高的強(qiáng)度。
[0005]目前國(guó)內(nèi)碳纖維硬氈主要采用PAN基軟碳?xì)纸⒛夯蜍浱細(xì)纸⒎謱诱迟N(石墨紙和碳纖維間隔粘貼)的成型工藝。浸潰模壓工藝存在的缺點(diǎn)是制品層間強(qiáng)度低，高溫使用條件下制品易分層開(kāi)裂，使用壽命短等，由于強(qiáng)度相對(duì)較低，拆卸安裝不夠方便；采用分層粘貼成型方式制成的硬氈，雖然強(qiáng)度有所提高，但制品的導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫性能變差，降低隔熱效果。纖維的排列方向?qū)Ω魺岵牧系膶?dǎo)熱性能影響比較顯著，當(dāng)熱流平行于纖維方向時(shí)，熱流受到阻力越小，導(dǎo)熱系數(shù)越大；而熱流垂直于纖維方向時(shí)，受到的阻力越大，導(dǎo)熱系數(shù)越小。針刺氈硬化產(chǎn)品均有縱向拉伸的碳纖維絲束，故有一部分碳纖維與熱流方向平行，因此導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)比較大，相對(duì)二維結(jié)構(gòu)的保溫材料來(lái)說(shuō)能耗大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明提供了一種浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，其具有優(yōu)異的隔熱性能、低熱容量、低密度和高強(qiáng)度等特性，是特別適用于真空熱處理爐、單晶拉晶爐、陶瓷燒結(jié)爐等高溫爐的保溫材料，本發(fā)明同時(shí)提供了浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的制造方法。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，包括浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體，所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體是由浙青基碳纖維無(wú)紡氈與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑的混合液混合后經(jīng)裁剪、層疊、成型、固化、碳化/石墨化處理后制得的板材，浙青基碳纖維無(wú)紡氈由浙青經(jīng)紡絲、預(yù)氧化和碳化制得，浙青基碳纖維無(wú)紡氈、粘結(jié)劑、溶劑的重量份比例為:100:30?200:18 ?600。
[0009]所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體單面或雙面經(jīng)表面處理，所處理表面由內(nèi)向外依次設(shè)置碳材料粘結(jié)劑層及石墨紙/碳纖維布，成品經(jīng)固化、碳化處理。
[0010]所述有機(jī)粘結(jié)劑為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、聚酰胺、丙烯酸樹(shù)脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、浙青和焦油中的一種或多種。
[0011]所述溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、苯、甲苯中的一種或多種。
[0012]所述碳材料粘結(jié)劑層由碳材料粘結(jié)劑涂刷而成,碳材料粘結(jié)劑由可碳化材料、分散劑、短切或磨碎碳纖維、石墨粉、碳化硅粉和硅粉按重量份比例混合攪拌均勻制成，各組分的重量份比例為:可碳化材料40?100重量份、分散劑40?160重量份、短切或磨碎碳纖維5?20重量份、石墨粉25?50重量份、碳化娃粉10?30重量份、娃粉5?20重量份；其中石墨粉顆粒直徑為10-600 μ m,碳化硅粉粒度為200-1000目，硅粉粒度為200-1000目。
[0013]所述可碳化材料為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、聚酰胺、丙烯酸樹(shù)脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、浙青或焦油中的一種、兩種或兩種以上組合；所述分散劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、呋喃甲醇、呋喃甲醛、苯或甲苯中的一種、兩種或兩種以上組合。
[0014]所述短切或磨碎碳纖維為浙青基碳纖維、粘膠基碳纖維或聚丙烯氰基碳纖維中的一種、兩種或兩種以上組合，碳纖維平均長(zhǎng)度為10?1200 μ m。
[0015]所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體單面或雙面經(jīng)涂層浸潰或氣相沉積處理，成品整體經(jīng)固化、碳化處理。
[0016]浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的制造方法，包括如下步驟:
[0017]I)對(duì)浙青進(jìn)行紡絲，通過(guò)收絲后形成無(wú)紡氈，然后預(yù)氧化處理，再進(jìn)行碳化得到浙青基碳纖維無(wú)紡氈；
[0018]2)浙青基碳纖維無(wú)紡氈與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑形成的混合液充分混合，通過(guò)噴涂、涂刷或浸潰的方式使粘結(jié)劑混合液充分浸潤(rùn)浙青基碳纖維無(wú)紡氈；
[0019]3)將浙青基碳纖維無(wú)紡氈按照要求尺寸裁剪，層疊后平鋪在下模具上，達(dá)到要求厚度時(shí)預(yù)成型完畢，然后將上模具固定在層疊好的預(yù)成型板上，加壓將預(yù)成型板定厚壓實(shí)；
[0020]4)固化處理:將步驟3)制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板連同模具放入烘箱內(nèi)，在130?350°C溫度下進(jìn)行固化處理；
[0021]5)碳化/石墨化/碳化+石墨化處理:將固化處理后的預(yù)成型板脫模，然后放入真空爐或惰性氣氛下碳化，碳化溫度700?1200°C;或進(jìn)行石墨化處理，石墨化溫度為1800?2500°C;或在700?1200°C溫度下碳化后再在1800?2500°C溫度下石墨化處理；制得浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體。
[0022]浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板制造方法，包括如下步驟:
[0023]I)對(duì)浙青進(jìn)行紡絲，通過(guò)收絲后形成無(wú)紡氈，然后預(yù)氧化處理，再進(jìn)行碳化得到浙青基碳纖維無(wú)紡氈；
[0024]2)浙青基碳纖維無(wú)紡氈與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑形成的混合液充分混合，通過(guò)噴涂、涂刷或浸潰的方式使粘結(jié)劑混合液充分浸潤(rùn)浙青基碳纖維無(wú)紡氈；
[0025]3)浙青基碳纖維無(wú)紡氈和石墨紙/碳纖維布按照要求尺寸裁剪，在石墨紙/碳纖維布上涂刷碳材料粘結(jié)劑形成碳材料粘結(jié)劑層；
[0026]4)取裁剪好的石墨紙/碳纖維布，有涂層的一面向上平鋪在下模具上，在其上鋪設(shè)層疊的浙青基碳纖維無(wú)紡氈，達(dá)到要求厚度時(shí)，單面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板預(yù)成型完畢；如需雙面處理，則另取裁剪好的石墨紙/碳纖維布，有涂層的一面向下放到浙青基碳纖維無(wú)紡氈上，最后安裝上模具加壓將預(yù)成型板定厚壓實(shí)；
[0027]5)固化處理:將步驟4)制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板連同模具放入烘箱內(nèi)，以I?15°C /min的升溫速率升溫到130?350°C，在此溫度下恒溫加熱I?5.5h ;
[0028]6)碳化/石墨化/碳化+石墨化處理:將固化處理后的預(yù)成型板脫模，然后放入真空爐或惰性氣氛下碳化，碳化溫度700?1200°C;或進(jìn)行石墨化處理，石墨化溫度為1800?2500°C;或在700?1200°C溫度下碳化后再在1800?2500°C溫度下石墨化處理；制得浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0030]I)本發(fā)明所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的纖維排列方向符合二維排列，并且與熱流方向垂直，是隔熱的最佳方向，因此保溫隔熱性好；
[0031]2)密度達(dá)到0.1-0.4g/cm3，強(qiáng)度高，自支撐性好，制作大尺寸產(chǎn)品時(shí)更具優(yōu)勢(shì)；
[0032]3)經(jīng)表面處理后，抗氧化、抗氣流沖刷，使用壽命長(zhǎng)；
[0033]4)工藝簡(jiǎn)單，制作成本低，可以一次定厚，產(chǎn)品不易開(kāi)裂，穩(wěn)定性好。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是本發(fā)明所述經(jīng)單面表面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2是本發(fā)明所述經(jīng)雙面表面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖3是本發(fā)明所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈浸潰粘結(jié)劑混合液的工藝流程圖。
[0037]圖4是本發(fā)明所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板(未經(jīng)表面處理)的預(yù)成型示意圖。
[0038]圖5是本發(fā)明所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板(經(jīng)表面處理)的預(yù)成型示意圖。
[0039]圖中:1.浙青基碳纖維無(wú)紡氈2.擠膠輥3.粘結(jié)劑溶劑混合液池4.筒軸5.上模具6.浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板7.下模具8.碳材料粘結(jié)劑層9.石墨紙/碳纖維布
10.浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0041]見(jiàn)圖1-圖2，是本發(fā)明所述經(jīng)單面或雙面表面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，包括浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體10，所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體10是由浙青基碳纖維無(wú)紡氈I與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑的混合液混合后經(jīng)裁剪、層疊、成型、固化、碳化/石墨化處理后制得的板材，浙青基碳纖維無(wú)紡氈I由浙青經(jīng)紡絲、預(yù)氧化和碳化制得，浙青基碳纖維無(wú)紡氈1、粘結(jié)劑、溶劑的重量份比例為:100:30?200:18?600。
[0042]所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體10單面或雙面經(jīng)表面處理，所處理表面由內(nèi)向外依次設(shè)置碳材料粘結(jié)劑層8及石墨紙/碳纖維布9，成品經(jīng)固化、碳化處理。
[0043]所述有機(jī)粘結(jié)劑為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、聚酰胺、丙烯酸樹(shù)脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、浙青和焦油中的一種或多種。
[0044]所述溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、苯、甲苯中的一種或多種。
[0045]所述碳材料粘結(jié)劑層8由碳材料粘結(jié)劑涂刷而成,碳材料粘結(jié)劑由可碳化材料、分散劑、短切或磨碎碳纖維、石墨粉、碳化硅粉和硅粉按重量份比例混合攪拌均勻制成，各組分的重量份比例為:可碳化材料40?100重量份、分散劑40?160重量份、短切或磨碎碳纖維5?20重量份、石墨粉25?50重量份、碳化娃粉10?30重量份、娃粉5?20重量份；其中石墨粉顆粒直徑為10-600 μ m,優(yōu)選30-300 μ m ;碳化硅粉粒度為200-1000目，優(yōu)選300-800目；硅粉粒度為200-1000目，優(yōu)選300-800目。
[0046]所述可碳化材料為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、聚酰胺、丙烯酸樹(shù)脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、浙青或焦油中的一種、兩種或兩種以上組合；所述分散劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、呋喃甲醇、呋喃甲醛、苯或甲苯中的一種、兩種或兩種以上組合。
[0047]所述短切或磨碎碳纖維為浙青基碳纖維、粘膠基碳纖維或聚丙烯氰基碳纖維中的一種、兩種或兩種以上組合，碳纖維平均長(zhǎng)度為10?1200 μ m,優(yōu)選50-400 μ m。
[0048]所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體單面或雙面經(jīng)涂層浸潰或氣相沉積處理，成品整體經(jīng)固化、碳化處理。
[0049]見(jiàn)圖3，是本發(fā)明所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈浸潰粘結(jié)劑混合液的工藝流程圖。本發(fā)明所述未經(jīng)表面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板即浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體10的制造方法，包括如下步驟:
[0050]I)對(duì)浙青進(jìn)行紡絲，通過(guò)收絲后形成無(wú)紡氈，然后預(yù)氧化處理，再進(jìn)行碳化得到浙青基碳纖維無(wú)紡氈I;
[0051]2)浙青基碳纖維無(wú)紡氈I與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑形成的混合液充分混合，通過(guò)噴涂、涂刷或浸潰的方式使粘結(jié)劑混合液充分浸潤(rùn)浙青基碳纖維無(wú)紡氈I ;(見(jiàn)圖3)
[0052]3)將浙青基碳纖維無(wú)紡氈I按照要求尺寸裁剪，層疊后平鋪在下模具7上，達(dá)到要求厚度時(shí)預(yù)成型完畢，然后將上模具5固定在層疊好的預(yù)成型板6上，加壓將預(yù)成型板6定厚壓實(shí)；(見(jiàn)圖4)
[0053]4)固化處理:將步驟3)制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板6連同模具5、7放入烘箱內(nèi)，在130?350°C溫度下進(jìn)行固化處理；
[0054]5)碳化/石墨化/碳化+石墨化處理:將固化處理后的預(yù)成型板6脫模，然后放入真空爐或惰性氣氛下碳化，碳化溫度700?120(TC ;或進(jìn)行石墨化處理，石墨化溫度為1800?2500°C ;或在700?1200°C溫度下碳化后再在1800?2500°C溫度下石墨化處理；制得浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體10。
[0055]為增加浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的表面性能，需要對(duì)上述成型的碳化/石墨化后的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體10進(jìn)行表面處理，可以通過(guò)一次成型將石墨紙/碳纖維布9復(fù)合在浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體10上，或?qū)ι鲜鎏蓟?石墨化后的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體10進(jìn)行機(jī)加工后表面貼石墨紙/碳纖維布9、涂層浸潰、氣相沉積等處理。其中經(jīng)一次成型復(fù)合石墨紙/碳纖維布9的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的制造方法，包括如下步驟:
[0056]I)對(duì)浙青進(jìn)行紡絲，通過(guò)收絲后形成無(wú)紡氈，然后預(yù)氧化處理，再進(jìn)行碳化得到浙青基碳纖維無(wú)紡氈I ;
[0057]2)浙青基碳纖維無(wú)紡氈I與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑形成的混合液充分混合，通過(guò)噴涂、涂刷或浸潰的方式使粘結(jié)劑混合液充分浸潤(rùn)浙青基碳纖維無(wú)紡氈I ;
[0058]3)浙青基碳纖維無(wú)紡租I和石墨紙/碳纖維布9按照要求尺寸裁剪，在石墨紙/碳纖維布9上涂刷碳材料粘結(jié)劑形成碳材料粘結(jié)劑層8 ；
[0059]4)取裁剪好的石墨紙/碳纖維布9，有涂層的一面向上平鋪在下模具7上，在其上鋪設(shè)層疊的浙青基碳纖維無(wú)紡氈1，達(dá)到要求厚度時(shí)，單面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板預(yù)成型完畢；如需雙面處理，則另取裁剪好的石墨紙/碳纖維布9，有涂層的一面向下放到預(yù)成型后的浙青基碳纖維無(wú)紡氈I上，最后安裝上模具5加壓將預(yù)成型板6定厚壓實(shí)；(見(jiàn)圖5)
[0060]5)固化處理:將步驟4)制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板6連同模具5、7放入烘箱內(nèi)，以I?15°C /min的升溫速率升溫到130?350°C，在此溫度下恒溫加熱I?5.5h ;
[0061]6)碳化/石墨化/碳化+石墨化處理:將固化處理后的預(yù)成型板6脫模，然后放入真空爐或惰性氣氛下碳化，碳化溫度700?120(TC ;或進(jìn)行石墨化處理，石墨化溫度為1800?2500°C ;或在700?1200°C溫度下碳化后再在1800?2500°C溫度下石墨化處理；制得浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板。
[0062]以下實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。下述實(shí)施例中所用方法如無(wú)特別說(shuō)明均為常規(guī)方法。
[0063]【實(shí)施例1】浙青碳纖維無(wú)紡氈保溫板制造過(guò)程如下:
[0064]對(duì)浙青進(jìn)行紡絲，通過(guò)收絲后形成無(wú)紡氈，然后預(yù)氧化處理，再進(jìn)行碳化得到浙青基碳纖維無(wú)紡氈I ;在筒軸4的轉(zhuǎn)動(dòng)作用下將浙青碳纖維無(wú)紡氈I放入有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑的粘結(jié)劑混合液池3內(nèi)充分浸潰，有機(jī)粘結(jié)劑為酚醛樹(shù)脂，溶劑為乙醇；粘結(jié)劑混合液的重量份比例為酚醛樹(shù)脂:乙醇=40:60，然后將浙青基碳纖維無(wú)紡氈I通過(guò)擠膠輥2將多余的粘結(jié)劑擠出，再將浙青基碳纖維無(wú)紡氈I按照要求尺寸裁剪，層疊后平鋪在下模具7上，達(dá)到70mm厚度時(shí)成型完畢，然后將上模具5固定在層疊好的預(yù)成型板6上，加壓將預(yù)成型板6定厚45mm壓實(shí)；將制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板6和模具5、7 —起放入烘箱內(nèi)，在200°C下進(jìn)行固化處理。再將固化處理后的浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板6脫模，放入真空爐碳化，碳化溫度900°C;然后石墨化處理，石墨化溫度為2000°C，制造出未經(jīng)表面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板即浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體。
[0065]制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板密度為0.17g/cm3，碳含量99.5%，灰分
0.01%，導(dǎo)熱系數(shù)0.31ff/m.K (試樣厚度為45mm，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，1500°C時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù))。
[0066]【實(shí)例2】為增加浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的表面性能，通過(guò)一次成型工藝將石墨紙9 一次性復(fù)合在浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體10上，制造出經(jīng)表面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，具體包括如下步驟:
[0067]對(duì)浙青進(jìn)行紡絲，通過(guò)收絲后形成無(wú)紡氈，然后預(yù)氧化處理，再進(jìn)行碳化得到浙青基碳纖維無(wú)紡氈I ;在筒軸4的轉(zhuǎn)動(dòng)作用下將浙青碳纖維無(wú)紡氈I放入有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑的粘結(jié)劑混合液池3內(nèi)充分浸潰，有機(jī)粘結(jié)劑為酚醛樹(shù)脂，溶劑為乙醇；粘結(jié)劑混合液的重量份比例為酚醛樹(shù)脂:乙醇=40:60，然后將浙青基碳纖維無(wú)紡氈I通過(guò)擠膠輥2將多余的粘結(jié)劑擠出。浙青基碳纖維無(wú)紡氈I和石墨紙9按照要求尺寸裁剪，碳材料粘結(jié)劑的各組分重量比為酚醛樹(shù)脂:乙醇:浙青基碳纖維:石墨粉:碳化硅粉:硅粉=56:44:12:20:8:6，混合均勻制得碳材料用粘結(jié)劑，在石墨紙9上涂刷碳材料粘結(jié)劑形成碳材料粘結(jié)劑層8 ;取裁剪好的石墨紙9，有涂層的一面向上平鋪在下模具7上，在其上鋪設(shè)層疊的浙青基碳纖維無(wú)紡氈1，達(dá)到要求厚度時(shí)預(yù)成型完畢，另取裁剪好的石墨紙9，有涂層的一面向下放到預(yù)成型后的浙青基碳纖維無(wú)紡氈I上，最后安裝上模具5加壓將預(yù)成型板6定厚壓實(shí)；
[0068]將制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板6連同模具5、7放入烘箱內(nèi)，以3°C /min的升溫速率升溫到200°C，在此溫度下恒溫加熱2h，固化碳材料粘結(jié)劑層8 ;將固化處理后的預(yù)成型板6脫模，然后放入真空爐碳化，碳化溫度900°C ;然后石墨化處理，石墨化溫度為20000C ;制得經(jīng)表面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板。
[0069]制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板密度為0.19g/cm3，碳含量99.5%，灰分
0.01%，導(dǎo)熱系數(shù)0.31ff/m.K (試樣厚度為45mm，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，1500°C時(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù))。
[0070]根據(jù)以上方法制取的一次性復(fù)合石墨紙的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板在多晶硅鑄錠爐上使用一年后，沒(méi)有出現(xiàn)石墨紙層剝離，起泡等現(xiàn)象，石墨紙層里面的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體無(wú)腐蝕現(xiàn)象，顯著提高了浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的壽命。
[0071]經(jīng)過(guò)表面處理后的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板可以防止?fàn)t內(nèi)雜質(zhì)氣體直接與浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板表面接觸，防止腐蝕與抗氣流沖刷，具有優(yōu)良的抗氧化與抗腐蝕性能，能夠顯著提高浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的壽命。
【權(quán)利要求】
1.浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，包括浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體，其特征在于，所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體是由浙青基碳纖維無(wú)紡氈與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑的混合液混合后經(jīng)裁剪、層疊、成型、固化、碳化/石墨化處理后制得的板材，浙青基碳纖維無(wú)紡氈由浙青經(jīng)紡絲、預(yù)氧化和碳化制得，浙青基碳纖維無(wú)紡氈、粘結(jié)劑、溶劑的重量份比例為:100:30 ?200:18 ?600。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，其特征在于，所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體單面或雙面經(jīng)表面處理，所處理表面由內(nèi)向外依次設(shè)置碳材料粘結(jié)劑層及石墨紙/碳纖維布，成品經(jīng)固化、碳化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，其特征在于，所述有機(jī)粘結(jié)劑為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、聚酰胺、丙烯酸樹(shù)脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、浙青和焦油中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，其特征在于，所述溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、苯、甲苯中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，其特征在于，所述碳材料粘結(jié)劑層由碳材料粘結(jié)劑涂刷而成，碳材料粘結(jié)劑由可碳化材料、分散劑、短切或磨碎碳纖維、石墨粉、碳化硅粉和硅粉按重量份比例混合攪拌均勻制成，各組分的重量份比例為:可碳化材料40?100重量份、分散劑40?160重量份、短切或磨碎碳纖維5?20重量份、石墨粉25?50重量份、碳化硅粉10?30重量份、硅粉5?20重量份；其中石墨粉顆粒直徑為10-600 μ m,碳化硅粉粒度為200-1000目，硅粉粒度為200-1000目。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，其特征在于，所述可碳化材料為酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、呋喃樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂、聚酰胺、丙烯酸樹(shù)脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、浙青或焦油中的一種、兩種或兩種以上組合；所述分散劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、呋喃甲醇、呋喃甲醛、苯或甲苯中的一種、兩種或兩種以上組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，其特征在于，所述短切或磨碎碳纖維為浙青基碳纖維、粘膠基碳纖維或聚丙烯氰基碳纖維中的一種、兩種或兩種以上組合，碳纖維平均長(zhǎng)度為10?1200 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板，其特征在于，所述浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體單面或雙面經(jīng)涂層浸潰或氣相沉積處理，成品整體經(jīng)固化、碳化處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)對(duì)浙青進(jìn)行紡絲，通過(guò)收絲后形成無(wú)紡氈，然后預(yù)氧化處理，再進(jìn)行碳化得到浙青基碳纖維無(wú)紡租； 2)浙青基碳纖維無(wú)紡氈與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑形成的混合液充分混合，通過(guò)噴涂、涂刷或浸潰的方式使粘結(jié)劑混合液充分浸潤(rùn)浙青基碳纖維無(wú)紡氈； 3)將浙青基碳纖維無(wú)紡氈按照要求尺寸裁剪，層疊后平鋪在下模具上，達(dá)到要求厚度時(shí)預(yù)成型完畢，然后將上模具固定在層疊好的預(yù)成型板上，加壓將預(yù)成型板定厚壓實(shí)； 4)固化處理:將步驟3)制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板連同模具放入烘箱內(nèi)，在130?350°C溫度下進(jìn)行固化處理； 5)碳化/石墨化/碳化+石墨化處理:將固化處理后的預(yù)成型板脫模，然后放入真空爐或惰性氣氛下碳化，碳化溫度700?120(TC ;或進(jìn)行石墨化處理，石墨化溫度為1800?2500°C;或在700?1200°C溫度下碳化后再在1800?2500°C溫度下石墨化處理；制得浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板本體。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)對(duì)浙青進(jìn)行紡絲，通過(guò)收絲后形成無(wú)紡氈，然后預(yù)氧化處理，再進(jìn)行碳化得到浙青基碳纖維無(wú)紡租; 2)浙青基碳纖維無(wú)紡氈與有機(jī)粘結(jié)劑+溶劑形成的混合液充分混合，通過(guò)噴涂、涂刷或浸潰的方式使粘結(jié)劑混合液充分浸潤(rùn)浙青基碳纖維無(wú)紡氈； 3)浙青基碳纖維無(wú)紡氈和石墨紙/碳纖維布按照要求尺寸裁剪，在石墨紙/碳纖維布上涂刷碳材料粘結(jié)劑形成碳材料粘結(jié)劑層； 4)取裁剪好的石墨紙/碳纖維布，有涂層的一面向上平鋪在下模具上，在其上鋪設(shè)層疊的浙青基碳纖維無(wú)紡氈，達(dá)到要求厚度時(shí)，單面處理的浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板預(yù)成型完畢；如需雙面處理，則另取裁剪好的石墨紙/碳纖維布，有涂層的一面向下放到浙青基碳纖維無(wú)紡氈上，最后安裝上模具加壓將預(yù)成型板定厚壓實(shí)； 5)固化處理:將步驟4)制得的浙青基碳纖維無(wú)紡氈預(yù)成型板連同模具放入烘箱內(nèi)，以I?15°C /min的升溫速率升溫到130?350°C，在此溫度下恒溫加熱I?5.5h ; 6)碳化/石墨化/碳化+石墨化處理:將固化處理后的預(yù)成型板脫模，然后放入真空爐或惰性氣氛下碳化，碳化溫度700?120(TC ;或進(jìn)行石墨化處理，石墨化溫度為1800?2500°C;或在700?1200°C溫度下碳化后再在1800?2500°C溫度下石墨化處理；制得浙青基碳纖維無(wú)紡氈保溫板。
【文檔編號(hào)】C04B35/83GK104230368SQ201410512417
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】鄭淑云, 陳惠龍, 樸成軍, 王紅偉, 張作楨, 李里, 崔欣 申請(qǐng)人:遼寧奧億達(dá)新材料有限公司