一种碳纤维硬质毡及其制备方法技术

本发明专利技术属于碳纤维硬质毡工艺技术领域，本发明专利技术公开了一种碳纤维硬质毡及其制备方法，包括以下步骤：(1)将碳纤维、粘结剂、分散剂、水混合，形成混合料；(2)将混合料在电场中极化处理，得到碳纤维毡预制体；(3)将碳纤维毡预制体依次进行氧化处理、碳化处理、石墨化处理，即得碳纤维硬质毡。该制备方法过程简单可控、生产效率高、易于实现工业化生产；并且制备的碳纤维硬质毡整体均匀，力学性能和保温性能良好。力学性能和保温性能良好。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维硬质毡及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纤维硬质毡工艺
，更具体的说是一种碳纤维硬质毡及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳纤维硬质毡是一种新型的隔热保温材料，是碳纤维软毡经过浸渍固化烘干工艺后得到的一种新型产品，可以加工成各种形状，安装、拆卸非常方便，抗氧化、抗气流冲刷，隔热效果优异，并且使用寿命也较长。主要应用于高端真空炉上，如单晶硅拉伸炉、多晶硅铸锭炉等。碳纤维硬质毡由于本身具有一定的硬度和强度，可以独自支撑进行工作，因此在一定程度上减小了高温炉炉体的体积，提高空间利用率。众所周知，碳纤维隔热材料本身性能的优劣不仅直接关系到自身的使用寿命，更关系到高温炉产品的品质。因此，如何获得高性能的碳纤维硬质毡成为国内外各大碳纤维生产厂家共同的挑战。
[0003]在纤维性能接近的情况下，碳纤维硬质毡的性能主要由成型工艺和纤维的排布方式决定。例如，专利号为201610981819.X的中国专利公开了一种采用普通针刺碳毡层层粘接压合的方法制备碳纤维硬质毡，虽然其工艺简单，但这种成型方法会造成产品层间结合弱，横向剪切强度不足，整体密度和性能不均匀，长期使用后层与层之间容易开裂，使用寿命也较短。专利号为202110487448.0的中国专利公开了一种采用整体针刺成型工艺制备碳纤维硬质毡，虽然避免了碳纤维硬质毡层与层脱落以及整体结构不均匀，但由于针刺成型过程中引入垂直方向的纤维，实际使用中会发现这种工艺制备的碳纤维硬质毡导热系数相对偏高，保温性能相对较差。专利号为201610758751.9的中国专利公开了一种短切碳纤维湿法成型制备碳纤维硬质毡的方法，制得硬质毡整体性好无接缝，密度易于调整，自支撑性好，使用寿命长。但是该方法短切碳纤维的长度和分布对硬质毡性能影响很大，短切碳纤维长度短时分布较均匀，制得最终产品表面易粉化；短切碳纤维长度较长时，在树脂基体中呈现各向异性的空间排列形式，会影响最终碳纤维硬质毡力学性能和保温性能。由上述内容可知，现有制备碳纤维硬质毡的技术方案所制备的碳纤维硬质毡难以兼具碳纤维硬质毡的层间性能、力学性能和保温性能。
[0004]因此，如何提供一种兼具层间性能、力学性能和保温性能的碳纤维硬质毡的制备方法成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种碳纤维硬质毡及其制备方法，通过施加复合交变电场使碳纤维发生极化反应，从而实现了短切碳纤维的定向排布，规避了短切碳纤维长度较长时碳纤维排布混乱复杂的难题，也有效解决了现有技术方案所制备的碳纤维硬质毡难以兼具碳纤维硬质毡的层间性能、力学性能和保温性能等技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种碳纤维硬质毡的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将碳纤维、粘结剂、分散剂、水混合，形成混合料；
[0009](2)将混合料在电场中极化处理，得到碳纤维毡预制体；
[0010](3)将碳纤维毡预制体依次进行氧化处理、碳化处理、石墨化处理，即得碳纤维硬质毡。
[0011]所述粘结剂和碳纤维的质量比为1：(10～20)，所述分散剂和碳纤维的质量比为1：(100～1000)，所述水和碳纤维的质量比为(20～100)：1。
[0012]所述碳纤维为沥青基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维、黏胶基碳纤维一种或多种，碳纤维的长度为3～10mm；粘结剂为沥青纤维、聚丙烯腈纤维、黏胶纤维中的一种或多种，粘结剂的长度为3～10mm；分散剂为聚乙烯醇和/或聚丙烯酰胺。
[0013]所述电场为复合交变电场，电场强度为1～10kV，极化处理的时间为1～60s。
[0014]所述氧化处理在空气气氛下进行，处理的温度为100～280℃，处理的时间为0.5～3h。
[0015]所述碳化处理在保护气体气氛下进行，碳化温度为600～1500℃，碳化时间为20～100min。
[0016]所述石墨化处理在真空或保护气体气氛下进行，石墨化温度为2000～2800℃，石墨化时间为20～60min。
[0017]所述碳化处理和石墨化处理所用的保护气体独立的为氮气、氩气、氦气、氖气中的一种。
[0018]本专利技术还提供了上述制备方法所制备的碳纤维硬质毡。
[0019]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0020]1、本专利采用复合交变电场使纤维极化，从而使其垂直于厚度方向定向取向，避免了短切纤维的混乱排布，极大提高了产品的力学性能和保温性能；
[0021]2、本专利采用短切纤维原丝作为粘结剂，同时分散剂兼具粘结的功效，相较传统的树脂粘结剂体系可制密度更低、保温性能更好的硬质毡；
[0022]3、本专利采用聚四氟乙烯编织布在保证了抽滤效率的前提下使得脱模更容易，保证了最终产品表面的光滑度。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供了一种碳纤维硬质毡的制备方法，包括以下步骤：
[0024](1)将碳纤维、粘结剂、分散剂、水混合，形成混合料；
[0025](2)将混合料在电场中极化处理，得到碳纤维毡预制体；
[0026](3)将碳纤维毡预制体依次进行氧化处理、碳化处理、石墨化处理，即得碳纤维硬质毡。
[0027]作为优选，所述粘结剂和碳纤维的质量比为1：(12～16)，所述分散剂和碳纤维的质量比为1：(120～800)，所述水和碳纤维的质量比为(40～80)：1。
[0028]作为优选，所述碳纤维为沥青基碳纤维和/或黏胶基碳纤维，碳纤维的长度为5～8mm；粘结剂为沥青纤维，粘结剂的长度为5～8mm；分散剂为聚乙烯醇。
[0029]作为优选，先将混合料置于真空抽滤模具中，再放入电场；所述真空抽滤模具为板状或筒状，内侧贴有聚四氟乙烯编织布。
[0030]作为优选，所述电场为复合交变电场，可使纤维垂直于厚度方向取向，所述电场强度为5～8kV，极化处理的时间为3～20s。
[0031]作为优选，所述氧化处理在空气气氛下进行，处理的温度为150～240℃，处理的时间为1～2h。
[0032]作为优选，在进行碳化处理前，先进行脱模处理。
[0033]作为优选，所述碳化处理在氮气气氛下进行，碳化温度为800～1200℃，碳化时间为30～80min。
[0034]作为优选，所述石墨化处理在氩气气氛下进行，石墨化温度为2200～2400℃，石墨化时间为25～50min。
[0035]本专利技术还提供了上述制备方法所制备的碳纤维硬质毡。
[0036]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]实施例1
[0038]碳纤维硬质毡的制备
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维硬质毡的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碳纤维、粘结剂、分散剂、水混合，形成混合料；(2)将混合料在电场中极化处理，得到碳纤维毡预制体；(3)将碳纤维毡预制体依次进行氧化处理、碳化处理、石墨化处理，即得碳纤维硬质毡。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维硬质毡的制备方法，其特征在于，所述粘结剂和碳纤维的质量比为1：(10～20)，所述分散剂和碳纤维的质量比为1：(100～1000)，所述水和碳纤维的质量比为(20～100)：1。3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维硬质毡的制备方法，其特征在于，所述碳纤维为沥青基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维、黏胶基碳纤维一种或多种，碳纤维的长度为3～10mm；粘结剂为沥青纤维、聚丙烯腈纤维、黏胶纤维中的一种或多种，粘结剂的长度为3～10mm；分散剂为聚乙烯醇和/或聚丙烯酰胺。4.根据权利要求3所述的一种碳纤维硬质毡的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍孝，刘金水，叶崇，吴晃，曹景华，曹腾，谢琦谞，
申请(专利权)人：湖南东映碳材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：