CN102731131A - 高性能纤维隔热材料预制体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高性能纤维隔热材料预制体及其制备方法，纤维经切制－退浆－铺设成网－编织成布－复合预针刺－叠层针刺复合－裁切成形工序制成各种形状和尺寸的预制体，由于本发明采用网胎与编织布预针刺复合成单元层，若干单元层层叠针刺复合制成预制体，合理配置网胎与编织布的构成，减少针刺工艺对纤维的损伤度，确保预制体整体的结构强度，提高后续沉积产品质量，提升隔热保温效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种高性能纤维隔热材料预制体及其制备方法。
背景技术
高性能纤维隔热材料预制体由于其具有很好的高温力学和热学特性，经现代化的化学高温、碳/碳沉积工艺处理后，具有耐高温、良好的保温性能等特性，被公认是优质的现代化高性能隔热材料。
中国专利200910043408.6公开的高温炉用固化碳纤维保温材料及其生产工艺，其中预制体的制备：①开松成网：选取6mm-70mm长的短切纤维，经开松设备开松成蓬松的针状纤维，然后把开松好的碳纤维经气流成网或梳理成网，再利用铺网机铺成纤维网，预刺成网胎；②叠层复合：把所得的网胎根据所需要求，通过针刺使之复合，制成板状或条状或圆筒状等预制体。在该发明中预制体完全用网胎复合针刺而成，由于网胎经过预针刺形成，并再将若干层网胎经过针刺复合，会加大纤维的损伤度，从而导致预制体整体的结构强度降低，力学性能降低而影响后续沉积的产品质量，而且经过此工艺生产的预制体的密度不能满足大型高温炉的使用要求。
发明内容
本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种高性能纤维隔热材料预制体及其制备方法，合理配置高性能纤维及制备方法，减少针刺工艺对纤维的损伤度，确保预制体整体的结构强度，提高后续沉积产品质量，提升隔热保温效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种高性能纤维隔热材料预制体，由若干个单元层层叠并逐层针刺复合而成，所述单元层由至少一层网胎与至少一层编织布层叠并预针刺复合而成；所述网胎由30－90mm长的碳纤维铺设制成，所述编织布由碳纤维或预氧丝纤维编织而成。
进一步的：
所述编织布为无纬布、平纹布、斜纹布或缎纹布的一种。
所述编织布的表面密度为50－700 g/m2，厚度为0.2－0.85mm。
所述网胎的表面密度为25－250g/m2 ，厚度为0.2－0.5mm。
一种高性能纤维隔热材料预制体的制备方法，包括以下步骤：
A、将碳纤维切制成30－90mm长的纤维，利用退浆剂对短纤维进行处理，处理时间为5－8小时，处理后纤维表面的含浆率≤1.5%；取出短纤维放入烘箱内加热到80－150度，保温5－10小时，取出短纤维后经开松机开松形成松散状纤维，并再在纤维表面喷洒水分，使松散状纤维保持2－5%的湿度，利用自动铺层设备将松散状纤维铺设成网胎，网胎的表面密度为25－250g/m2 ，厚度为0.2－0.5mm；
B、将碳纤维或预氧丝纤维通过编织机制成编织布，编织布的表面密度为50－700 g/m2，厚度为0.2－0.85mm；
C、将至少一层网胎与至少一层编织布层叠并进行预针刺复合成为一个单元层，每个单元层中网胎的重量百分比含量在10－50%，编织布的重量百分比含量在50－90%，针刺密度控制在10－20针/cm3；
D、以步骤C制备的单元层为基本单元，根据需要将若干个单元层层叠，并由自动针刺机进行多角度逐层针刺复合形成预制体，针刺过程中，层间密度控制在15±5层/厘米，针刺密度控制在35－45针/cm3，进针深度控制在10－20mm，制备的预制体的密度为0.35－0.80g/cm3。
进一步的：
还包括步骤E：将步骤D制成的预制体裁切模压成满足尺寸要求的平板状、 U型状、筒状或盖状的预制体。
所述步骤A中的退浆剂由液碱与乳化剂组成。
本发明的技术效果在于：
本发明公开的一种高性能纤维隔热材料预制体及其制备方法，采用网胎与编织布预针刺复合成单元层，若干单元层层叠针刺复合制成预制体，合理配置网胎与编织布的构成，减少针刺工艺对纤维的损伤度，确保预制体整体的结构强度，提高后续沉积产品质量，提升隔热保温效果。
具体实施方式
下面结合本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
实施例1、
高性能纤维隔热材料预制体的制备方法，包括以下步骤：
A、将碳纤维切制成30mm长的纤维，利用退浆剂对短纤维进行处理，处理时间为7小时，处理后纤维表面的含浆率1.5%；取出短纤维放入烘箱内加热到80度，保温10小时，取出短纤维后经开松机开松形成松散状纤维，并再在纤维表面喷洒水分，使松散状纤维保持2%的湿度，利用自动铺层设备将松散状纤维铺设成网胎，网胎的表面密度为45g/m2 ，厚度为0.23mm；
B、将碳纤维通过编织机制成平纹布，平纹布的表面密度为400 g/m2，厚度为0.50mm；
C、将一层平纹布和一层网胎层叠并进行预针刺复合成为一个单元层，单元层中网胎的重量百分比含量在10%，平纹布的重量百分比含量在90%，针刺密度控制在10针/cm3；
D、以步骤C制备的单元层为基本单元，将15个单元层层叠，并由自动针刺机进行多角度逐层针刺复合形成平板状预制体，针刺过程中，层间密度控制在15层/厘米，针刺密度控制在38针/cm3，进针深度控制在18mm，制备的预制体的密度为0.67g/cm3；
E、将步骤D制成的预制体裁切模压成直径为2800毫米的圆筒预制体。
通过上述的制备过程，得到由15个单元层层叠并针刺复合而成的预制体，每个单元层由一层平纹布和一层网胎层叠并进行预针刺复合而成。
实施例2、
高性能纤维隔热材料预制体的制备方法，包括以下步骤：
A、将碳纤维切制成50mm长的纤维，利用退浆剂对短纤维进行处理，处理时间为6小时，处理后纤维表面的含浆率1.2%；取出短纤维放入烘箱内加热到80度，保温9小时，取出短纤维后经开松机开松形成松散状纤维，并再在纤维表面喷洒水分，使松散状纤维保持5%的湿度，利用自动铺层设备将松散状纤维铺设成网胎，网胎的表面密度为236g/m2 ，厚度为0.43mm；
B、将预氧丝纤维通过编织机制成斜纹布，斜纹布的表面密度为176 g/m2，厚度为0.23mm；
C、将两层斜纹布和中间一层网胎层叠并进行预针刺复合成为一个单元层，每个单元层中网胎的重量百分比含量在40%，斜纹布的重量百分比含量在60%，针刺密度控制在15针/cm3；
D、以步骤C制备的单元层为基本单元，将10个单元层层叠，并由自动针刺机进行多角度逐层针刺复合形成平板状预制体，针刺过程中，层间密度控制在10层/厘米，针刺密度控制在35针/cm3，进针深度控制在15mm，制备的预制体的密度为0.59g/cm3；
E、将步骤D制成的预制体裁切模压成U型预制体。
通过上述的制备过程，得到由10个单元层层叠并针刺复合而成的预制体，每个单元层由两层斜纹布和中间一层网胎层叠并进行预针刺复合而成。
实施例3、
高性能纤维隔热材料预制体的制备方法，包括以下步骤：
A、将碳纤维切制成80mm长的纤维，利用退浆剂对短纤维进行处理，处理时间为7小时，处理后纤维表面的含浆率1.0%；取出短纤维放入烘箱内加热到100度，保温6小时，取出短纤维后经开松机开松形成松散状纤维，并再在纤维表面喷洒水分，使松散状纤维保持5%的湿度，利用自动铺层设备将松散状纤维铺设成网胎，网胎的表面密度为60g/m2 ，厚度为0.2mm；
B、将碳纤维通过编织机制成缎纹布，缎纹布的表面密度为120 g/m2，厚度为0.24mm；
C、将两层网胎和中间一层缎纹布层叠并进行预针刺复合成为一个单元层，每个单元层中网胎的重量百分比含量在50%，缎纹布的重量百分比含量在50%，针刺密度控制在18针/cm3；
D、以步骤C制备的单元层为基本单元，将20个单元层层叠，并由自动针刺机进行多角度逐层针刺复合形成平板状预制体，针刺过程中，层间密度控制在20层/厘米，针刺密度控制在36针/cm3，进针深度控制在12mm，制备的预制体的密度为0.48g/cm3；
E、将步骤D制成的平板状预制体裁切模压成盖状预制体。
通过上述的制备过程，得到由20个单元层层叠并针刺复合而成的预制体，每个单元层由两层网胎和中间一层缎纹布层叠并进行预针刺复合而成。
在上述实施例中，步骤A中的退浆剂均由液碱与乳化剂组成，由于碳纤维表面的上浆剂与基体树脂匹配性较差，从而影响预制体的力学性能，采用退浆剂将原材料的表面的浆料退去，确保力学性能。
采用本发明制备方法生产的高性能纤维隔热材料预制体，经纤维切制－退浆－铺设成网－编织成布－复合预针刺－叠层针刺复合－裁切成形工序制成各种形状和尺寸的预制体。在预制体制备过程中对纤维表面进行退浆处理、单元层进行预针刺复合，单元层的层数可根据预制体的需求确定。单元层的层叠针刺复合采用本申请人的已授权专利《自动化多功能针刺机》（专利号：200910024901.3）设备进行，保证了单元层不出现结块层，保证整个层叠针刺复合过程无断针、无分层，使预制体的结构强度大，而且也为后续沉积工艺节约成本，提高生产效率，确保隔热效果的优良。本发明制备的预制体经后续沉积工艺后可用作包括大型高温炉等各领域的隔热材料。
Claims (7)
1.一种高性能纤维隔热材料预制体，其特征在于：由若干个单元层层叠并逐层针刺复合而成，所述单元层由至少一层网胎与至少一层编织布层叠并预针刺复合而成；所述网胎由30－90mm长的碳纤维铺设制成，所述编织布由碳纤维或预氧丝纤维编织而成。
2.按照权利要求1所述的高性能纤维隔热材料预制体，其特征在于：所述编织布为无纬布、平纹布、斜纹布或缎纹布的一种。
3.按照权利要求1或2所述的高性能纤维隔热材料预制体，其特征在于：所述编织布的表面密度为50－700 g/m2，厚度为0.2－0.85mm。
4.按照权利要求1或2所述的高性能纤维隔热材料预制体，其特征在于：所述网胎的表面密度为25－250g/m2 ，厚度为0.2－0.5mm。
5.一种高性能纤维隔热材料预制体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A、将碳纤维切制成30－90mm长的纤维，利用退浆剂对短纤维进行处理，处理时间为5－8小时，处理后纤维表面的含浆率≤1.5%；取出短纤维放入烘箱内加热到80－150度，保温5－10小时，取出短纤维后经开松机开松形成松散状纤维，并再在纤维表面喷洒水分，使松散状纤维保持2－5%的湿度，利用自动铺层设备将松散状纤维铺设成网胎，网胎的表面密度为25－250g/m2 ，厚度为0.2－0.5mm；
B、将碳纤维或预氧丝纤维通过编织机制成编织布，编织布的表面密度为50－700 g/m2，厚度为0.2－0.85mm；
C、将至少一层网胎与至少一层编织布层叠并进行预针刺复合成为一个单元层，每个单元层中网胎的重量百分比含量在10－50%，编织布的重量百分比含量在50－90%，针刺密度控制在10－20针/cm3；
D、以步骤C制备的单元层为基本单元，根据需要将若干个单元层层叠，并由自动针刺机进行多角度逐层针刺复合形成预制体，针刺过程中，层间密度控制在15±5层/厘米，针刺密度控制在35－45针/cm3，进针深度控制在10－20mm，制备的预制体的密度为0.35－0.80g/cm3。
6.按照权利要求5所述的高性能纤维隔热材料预制体的制备方法，其特征在于：还包括步骤E：将步骤D制成的预制体裁切模压成满足尺寸要求的平板状、 U型状、筒状或盖状的预制体。
7.按照权利要求5所述的高性能纤维隔热材料预制体的制备方法，其特征在于：所述步骤A中的退浆剂由液碱与乳化剂组成。
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Denomination of invention: High performance fiber thermal insulation material preform and its preparation method Effective date of registration: 20210727 Granted publication date: 20131204 Pledgee: Jiangsu Yixing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Qiting sub branch Pledgor: YIXING FEIZHOU HIGH-NEW TECHNOLOGY MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2021980006840 |