專利名稱：碳纖維過濾片及制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合過濾材料，具體地說是一種碳纖維過濾片及制造工藝。其適用于精密鑄件、高溫合金、有色金屬鑄造時過濾凈化使用。
我們知道，熔融狀態(tài)的有色金屬、黑色金屬過濾凈化大多使用非金屬材質(zhì)的過濾片?，F(xiàn)有的過濾片一般是陶瓷復(fù)合材料或碳化硅復(fù)合材料等，在使用過程中，由于上述非金屬材質(zhì)耐高溫性能略差，在金屬澆鑄過程中，過濾片有時會出現(xiàn)炸裂、空洞或者澆熔現(xiàn)象。這樣一來不僅不能達(dá)到過濾的目的，反而會對制品增加新的雜質(zhì)。
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種配方合理，工藝簡單，性能穩(wěn)定，熱容量大、粘著力強(qiáng)，耐沖擊性能好、耐高溫的碳纖維過濾片及制造工藝。
為達(dá)到上述目的，一種碳纖維過濾片，其特征在于采用碳纖維為補(bǔ)強(qiáng)材料，莫來石、三氧化二鋁為填充材料，硅溶膠為粘結(jié)劑，無水乙醇為粘結(jié)劑的稀釋劑，按一定比例配制、加工而成，其中各成份的含量(WT％)是碳纖維 5.0-19.5莫來石 30.0-40.0三氧化二鋁 20.0-40.0硅鐵 0.2-0.5硅溶膠 12.0-20.0無水乙醇 1.0-2.0本發(fā)明上述耐高溫碳纖維過濾片的制造工藝是首先將2-3mm短絲的碳纖維按比例加入600～800目莫來石粉和三氧化二鋁粉料，放入研磨機(jī)中干磨8-12小時，而后加入用無水乙醇稀釋的硅溶膠，繼續(xù)濕磨8-12小時，然后把漿料均勻涂在泡沫塑料網(wǎng)上，烘干后在1 500℃-1580℃下(氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù))，高溫?zé)Y(jié)6h-12h，燒掉作為載體的泡沫塑料，制成碳纖維過濾片。其中在1550℃高溫下碳化，恒溫6小時，之后降至室溫，產(chǎn)品性能最佳。
本發(fā)明碳纖維過濾片是具有三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的多孔體，耐高溫性能強(qiáng)，氣孔率達(dá)到80％-90％，通道曲折，比表面積大，與流體的接觸率高，熔體通過時壓力損失小，具有良好的除渣性能。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述本發(fā)明一種耐高溫過濾片，其采用碳纖維為補(bǔ)強(qiáng)材料，莫來石、三氧化二鋁為填充材料，硅溶膠為粘結(jié)劑，無水乙醇為粘結(jié)劑的稀釋劑，按一定比例配制、加工而成。其中各成份的含量(WT％)是碳纖維 5.0-19.5莫來石 30.0-40.0三氧化二鋁 20.0-40.0硅鐵 0.2-0.5硅溶膠 12.0-20.0無水乙醇 1.0-2.0。
配方中各種原材料的性能及主要作用是1、碳纖維質(zhì)輕，比重小，比表面積大，于硅溶膠結(jié)合力強(qiáng)，呈半亂層石墨狀結(jié)構(gòu)，具有導(dǎo)熱，耐高溫，抗沖擊等性能。本發(fā)明以瀝青碳纖維為例加以介紹。
瀝青碳纖維制造過程煤瀝青或者石油瀝青用化工反應(yīng)蒸餾到240℃，去掉低揮發(fā)物，提高軟化點(diǎn)，用200目鐵篩負(fù)壓過濾掉喹啉不溶物，于是既可得精制瀝青。
(1)把精制瀝青送入V1---4型紡絲機(jī)中，用擠壓法進(jìn)行紡絲，紡絲溫度在所用瀝青軟化點(diǎn)130℃之上60℃，也就是正常紡絲溫度190℃±2℃，要求紡絲的直徑D15---30u為好，長度不限。
(2)將瀝青絲裝入氧化爐中氧化處理(一般烘箱也可以)，鼓入空氣(每小時2m3)，氧化溫度可達(dá)240℃---260℃，保溫4小時，這就是氧化纖維。
(4)再將氧化纖維送到碳化爐中(一般高溫管式爐)，鼓入N2(每小時0.8m3)，碳化溫度可達(dá)到1200℃，保溫1小時。于是就制備出合格的瀝青碳纖維，切短2-3mm就可以用來增強(qiáng)過濾制品。
2、莫來石和三氧化二鋁硬質(zhì)及耐溫性穩(wěn)定，可以在1700℃高溫下正常使用。
3、硅鐵是一種耐高溫的物質(zhì)，在過濾片燒結(jié)制備過程中起到結(jié)晶催化作用。
4、硅溶膠中由于硅含量大于30％以上，因而是一種特殊耐高溫粘結(jié)劑。
5、無水乙醇是調(diào)節(jié)硅溶膠的最好稀釋劑，易于浸漬其它的原材料。
上述各材料按比例配制，制造碳纖維過濾片工藝如下根據(jù)高溫合金對碳纖維過濾網(wǎng)的要求，選用碳纖維作為高溫合金過濾網(wǎng)的補(bǔ)強(qiáng)材料，另加入莫來石、三氧化二鋁來降低過濾網(wǎng)的燒結(jié)溫度，用聚氨酯泡沫塑料作為過濾網(wǎng)成型的載體。
先將泡沫塑料切割成要求的大小塊料。把2～3mm短絲的碳纖維按比例加入600～800目莫來石粉和三氧化二鋁粉料，放入研磨機(jī)瓷瓶中干磨8-12小時，而后加入用無水乙醇稀釋的硅溶膠，繼續(xù)濕磨8-12小時，然后把漿料均勻涂在泡沫塑料網(wǎng)上，干燥后放在爐中燒掉作為載體的泡沫塑料，在1500℃-1580℃下(氮?dú)?，氬氣保護(hù))，高溫?zé)Y(jié)6h-12h，制成碳纖維過濾片。由于配料中硅溶膠的作用，燒結(jié)溫度低，便于工業(yè)生產(chǎn)。
此產(chǎn)品制作工藝過程可簡單表述為碳纖維+無機(jī)填料+硅溶膠→混合→成型→干燥→脫塑→高溫?zé)Y(jié)→檢送包裝。
按照本發(fā)明的配制工藝制造的碳纖維過濾片經(jīng)測試檢驗(yàn)，其主要性能指標(biāo)如下1.孔隙率75～90％。
2.容重0.4～0.7g/cm33．常溫耐壓強(qiáng)度10～40kg/cm24．吸水率＜1.5％5．熱震穩(wěn)定性1000℃風(fēng)冷＞15次1200℃水冷＞6次6．耐火度＞1700℃試驗(yàn)表明，該發(fā)明配方合理，工藝簡單，性能穩(wěn)定，它克服了現(xiàn)在技術(shù)的不足，溫度梯度小，熱應(yīng)力分布均勻，減少了使用產(chǎn)生炸裂，掉渣，燒熔洞現(xiàn)象，同現(xiàn)有技術(shù)相比有如下的優(yōu)點(diǎn)和效果1．具有良好的機(jī)械性能，在運(yùn)輸和操作過程中不“掉渣”、不開裂。
2．在1400～1700℃澆鑄溫度下具有高強(qiáng)度，抗熱震性和抗合金液沖刷力。
3．具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，不與合金液中活潑元素在真空下起反應(yīng)。
4．具有合適的孔徑，良好的透過合金液能力和過濾非金屬夾雜物及氣泡的能力。
主要性能檢驗(yàn)結(jié)果1．孔隙率75～90％2．容重0.4～0.7g/cm33．常溫耐壓強(qiáng)度10～40kg/cm24．吸水率＜1.5％5．熱震穩(wěn)定性1000℃風(fēng)冷＞15次1200℃水冷＞6次6．耐火度＞1704℃實(shí)施例2成份 含量(WT％)瀝青碳纖維 5.0莫來石 35.0三氧化二鋁 40.0硅鐵0.2硅溶膠 18.8無水乙醇1.0
制造工藝是首先按比例將2-3mm短絲的碳纖維加入800目莫來石粉和三氧化二鋁粉料中，放入研磨機(jī)瓷瓶中干磨10小時，而后加入用無水乙醇稀釋的硅溶膠，繼續(xù)濕磨12小時，然后把漿料均勻涂在泡沫塑料網(wǎng)上，干燥后放在爐中燒掉作為載體的泡沫塑料，在1550℃下(氮?dú)?，氬氣保護(hù))，高溫?zé)Y(jié)，恒溫6小時，之后降至室溫，制成碳纖維過濾片。主要性能檢驗(yàn)結(jié)果1．孔隙率80---90％2．容重0.5---0.8g/cm33．常溫耐壓強(qiáng)度12---44kg/cm24．吸水率＜1.3％5．熱震穩(wěn)定性1000℃---風(fēng)冷＞15次1000℃---水冷＞6次6．耐火度＞1750℃
權(quán)利要求
1．一種碳纖維過濾片，其特征在于采用碳纖維為補(bǔ)強(qiáng)材料，莫來石、三氧化二鋁為填充材料，硅溶膠為粘結(jié)劑，無水乙醇為粘結(jié)劑的稀釋劑，按一定比例配制、加工而成，其中各成份的含量(WT％)是碳纖維 5.0-19.5莫來石 30.0-40.0三氧化二鋁 20.0-40.0硅鐵 0.2-0.5硅溶膠 12.0-20.0無水乙醇 1.0-2.0。
2．如權(quán)利要求1所述碳纖維過濾片的制造工藝，其特征在于首先將2-3mm短絲的碳纖維按比例加入600～800目莫來石粉和三氧化二鋁粉料，放入研磨機(jī)干磨8-12小時，而后加入用無水乙醇稀釋的硅溶膠，繼續(xù)濕磨8-12小時，然后把漿料均勻涂在泡沫塑料網(wǎng)上，烘干后在1500℃-1580℃下(氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù))，高溫?zé)Y(jié)6h-12h，燒掉作為載體的泡沫塑料，制成碳纖維過濾片。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述碳纖維過濾片的制造工藝，其特征是在純氮?dú)饣蛘邭鍤獗Ｗo(hù)下，在1550℃高溫下碳化，恒溫6小時，之后降至室溫制成碳纖維過濾片。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用碳纖維與無機(jī)填料制作的碳纖維過濾片及其制造工藝,其以碳纖維為補(bǔ)強(qiáng)材料,莫來石和三氧化二鋁為填充料,硅溶膠為粘合劑配制而成。過濾片的制造工藝是:稱料、混料、干磨、濕磨、攪拌、浸漬、烘干、碳化,最后成為制品。本發(fā)明配方合理,工藝簡單,性能穩(wěn)定。具有耐高溫,耐壓,耐沖擊和孔徑率大等特點(diǎn),比現(xiàn)有產(chǎn)品耐高溫度提高了200℃以上。
文檔編號B01D39/20GK1323647SQ0011104
公開日2001年11月28日 申請日期2000年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月16日
發(fā)明者陳殿珩, 馮毅 申請人:威海市科波碳纖維研究中心