CN108394047A - 一种无支撑体碳纤维电热芯及其脱模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无支撑体碳纤维电热芯及其脱模方法，属于碳纤维红外电热芯的制备领域。本发明首先在耐高温碳纤维电热体的支撑芯棒表面包覆脱模布，利用碳纤维通电时产生的瞬时高温热辐射能，使脱模布表面的脱模剂熔融为液体，同时，脱模布中网胎布碳化成粉体，使得耐高温支撑芯棒与碳纤维电热芯间出现稳定间隙，降温后实现脱模，本发明的脱模方法解决了现有的碳纤维红外电热芯在脱模过程中脱模效率低、质量差、废品率高的问题；本发明采用具有熔融特性的脱模布与耐高温支撑芯棒模具配合使用的脱模方式，在脱模时，脱模间隙可根据脱模布的包覆厚度进行灵活调节，适用于不同外型碳纤维电热带的脱模，具有良好的应用前景。

Description

一种无支撑体碳纤维电热芯及其脱模方法
技术领域
本发明属于碳纤维红外电热芯的制备领域，尤其涉及一种无支撑体碳纤维电热芯及其脱模方法。
背景技术
红外辐射加热领域中目前加热效率较高的是碳纤维红外辐射加热体，其主要原理是利用碳纤维自身半导体的特性和通电远红外发射率较高的特性，碳纤维本身的发射率可以达到0.9以上，接近绝对黑体，其电热辐射转换效率和热辐射加热效率都非常高。同时，碳纤维也是一种柔性材料，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、高温环境杂质释放量少等优异特性，用碳纤维作为辐射发热体进行电热辐射设备的制造，特别适合工业加热、民用取暖、低温烘烤设备等多个领域。
目前制备碳纤维红外加热体一般采用螺旋状无支撑芯的碳纤维电热体结构形式，其关键是采用特种聚酰亚胺高温定型剂预先涂覆碳纤维编织织物带，之后通过碳纤维的通电发热或者外部加热促使定型剂高温裂解成碳，最终形成碳纤维长丝与定型剂裂解碳构成的碳/碳复合材料螺旋外型，而要完成这一定型工艺，需要预先将碳纤维长丝螺旋缠绕在耐高温支撑芯棒上，之后再高温定型。由于高温特种定型剂的粘结特性优良，往往在高温定型过程中会出现碳纤维长丝与金属支撑芯棒表面的微小粘接部位，而这种粘接直接影响后续的螺旋无支撑电热芯的脱模效率，严重还会造成电热芯的脱模损伤导致废品。
综上，现有的碳纤维红外加热体在脱模过程中仍然存在脱模效率低、质量差、废品率高等问题，因此，有必要开发一种新的碳纤维红外加热体的脱模方法，这对进一步拓展碳纤维红外加热体的推广应用具有重要的现实意义。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种无支撑体碳纤维电热芯及其脱模方法，与现有技术相比，本发明首先在耐高温碳纤维电热体的支撑芯棒表面包覆脱模布，利用碳纤维通电时产生的瞬时高温热辐射能，使脱模布表面的脱模剂熔融为液体，同时，脱模布中网胎布碳化成粉体，使得耐高温支撑芯棒与碳纤维电热芯间出现稳定间隙，降温后实现脱模，本发明的脱模方法解决了现有的碳纤维红外电热芯在脱模过程中脱模效率低、质量差、废品率高的问题，具有良好的应用前景。
本发明的目的之一是提供一种制备无支撑体碳纤维电热芯的脱模剂。
本发明的目的之二是提供一种制备无支撑体碳纤维电热芯的脱模布。
本发明的目的之三是提供一种无支撑体碳纤维电热芯的制备方法。
本发明的目的之四是提供上述脱模剂、脱模布以及无支撑体碳纤维电热芯的制备方法的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模剂，所述脱模剂包括以下组分：高温熔融剂、石墨粉。
所述脱模剂中，高温熔融剂、石墨粉的重量比为1-5:1。
优选的，所述高温熔融剂、石墨粉的重量比为1-3:1。
所述脱模剂中，高温熔融剂包括石蜡、耐温硅脂中的一种或两种。
所述高温熔融剂、石墨粉的粒度为500-700目。
所述脱模剂的形态为高温熔融剂、石墨粉按比例混合后与适当溶剂形成的膏状体。
其次，本发明一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模布，所述脱模布包括脱模剂和胎布，其中，脱模剂均匀涂抹在胎布的表面。
所述脱模布中，涂抹脱模剂后的脱模布的面密度为50-150g/m2。
优选的，涂抹脱模剂后的脱模布的面密度为80-120g/m2。
所述脱模布中，胎布为具有多孔结构的纱布。
优选的，所述胎布包括棉纱、医用纱布等。
再次，本发明公开了一种利用上述脱模布制备无支撑体碳纤维电热芯的方法，具体的，所述方法包括以下步骤：
(1)将上述脱模布包覆在耐高温支撑芯棒表面；
(2)将浸渍聚酰亚胺高温定型剂的碳纤维编织电热带缠绕在步骤(1)中脱模布的表面；
(3)对步骤(2)中的碳纤维编织电热带通电，待碳纤维编织电热带表面定型胶裂解固化完成，脱模布熔融碳化后，将耐高温支撑芯棒模具抽出，即得。
步骤(1)中，所述耐高温支撑芯棒的材质包括氧化铝、碳化硅、氮化硼、不锈钢或铝合金。
步骤(3)中，所述通电的电压为100-200V。
最后，本发明公开了上述脱模剂、脱模布以及制备无支撑体碳纤维电热芯的方法的应用，所述应用包括：(1)上述脱模剂在脱模布制备中的应用；(2)上述脱模剂在无支撑体碳纤维电热芯制备中的应用；(3)上述脱模布在无支撑体碳纤维电热芯制备中的应用；(4)利用上述脱模剂、脱模布制备的无支撑体碳纤维电热芯在工业加热、民用取暖、农业土壤加温领域以及低温烘烤设备中的应用。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明采用的具有熔融特性的高温脱模布，利用碳纤维电热编织带高温通电过程产生的瞬时热辐射能，在将碳纤维电热丝定型的同时，实现自制脱模布的瞬时熔融碳化，形成固定间隙，取得了良好的脱模效果。
(2)本发明的脱模布中，采用胎布作为支撑结构，其在瞬时高温时可瞬间碳化成粉体，与碳纤维电热芯表面没有残留碳颗粒产生的粘结，脱模间隙稳定均匀，非常有利于碳纤维电热芯的抽离。
(3)本发明采用具有熔融特性的脱模布与耐高温支撑芯棒模具配合使用的脱模方式，在脱模时，脱模间隙可根据脱模布的包覆厚度进行灵活调节，适用于不同外型碳纤维电热带的脱模。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明制备无支撑体碳纤维电热芯的脱模过程示意图，
图中标记代表：1-耐高温支撑芯棒模具、2-脱模布、3-浸渍聚酰亚胺高温定型剂的碳纤维编织电热带、4-无支撑体碳纤维电热芯。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所述，现有的碳纤维红外加热体在脱模过程中仍然存在脱模效率低、质量差、废品率高等问题，因此，本发明提供种无支撑体碳纤维电热芯及其脱模方法，现结合附图1和具体实施方式对本发明进行进一步说明。
需要说明的是：本发明实施例所述的高温定型剂为市售的固含量2％的聚酰亚胺高温定型剂。
实施例1
1、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模剂，所述脱模剂包括以下原料：石蜡、石墨粉，其中，石蜡、石墨粉的重量比为1:1，粒度均为500目，将上述原料按比例混合后再与水混合，制成膏状体。
2、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模布2，所述脱模布2包括：本实施例所述的脱模剂、具有多孔结构的棉纱，其中，膏状的脱模剂均匀涂抹在棉纱的表面，涂抹脱模剂后的脱模布2的面密度为100g/m2。
3、一种制备无支撑体碳纤维电热芯的方法，包括以下步骤：
(1)将本实施例制备的脱模布2包覆在直径为1cm、长度为50cm的氧化铝支撑芯棒模具1表面，包覆厚度为1mm；
(2)将浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3以固定螺距缠绕在步骤(1)中的脱模布2表面，其中，缠绕螺距为1mm，缠绕50圈，缠绕后在氧化铝支撑芯棒两端接入电热丝；
(3)对步骤(2)中氧化铝支撑芯棒两端的电热丝通入100V电压，待浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3中的定型剂裂解，脱模布2熔融碳化后，浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3即可形成碳纤维电热芯，且碳纤维电热芯和耐高温支撑模具表面会形成固定间隙，然后将碳纤维电热芯从氧化铝支撑芯棒模具1表面抽出，最后用去离子水清洗碳纤维电热芯后干燥，即得无支撑体碳纤维电热芯4。
实施例2
1、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模剂，所述脱模剂包括以下原料：耐温硅脂、粉状石墨烯，其中，耐温硅脂、粉状石墨烯的重量比为2:1，粒度均为600目，将上述原料按比例混合后再与水混合，制成膏状体。
2、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模布2，所述脱模布2包括：本实施例所述的脱模剂、具有多孔结构的医用纱布，其中，膏状的脱模剂均匀涂抹在医用纱布的表面，涂抹脱模剂后的脱模布2的面密度为80g/m2；
3、一种制备无支撑体碳纤维电热芯的方法，包括以下步骤：
(1)将本实施例制备的脱模布2包覆在直径为0.5cm、长度为40cm的碳化硅支撑芯棒模具1表面，包覆厚度为0.6mm。
(2)将浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3以固定螺距缠绕在步骤(1)中的脱模布2表面，其中，缠绕螺距为1mm，缠绕40圈，缠绕后在氧化铝支撑芯棒两端接入电热丝；
(3)对步骤(2)中氧化铝支撑芯棒两端的电热丝通入150V电压，待浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3中的定型剂裂解，脱模布2熔融碳化后，浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3即可形成碳纤维电热芯，且碳纤维电热芯和耐高温支撑模具表面会形成固定间隙，然后将碳纤维电热芯从氧化铝支撑芯棒模具1表面抽出，最后用去离子水清洗碳纤维电热芯后干燥，即得无支撑体碳纤维电热芯4。
实施例3
1、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模剂，所述脱模剂包括以下原料：耐温硅脂、粉状碳纳米管，其中，耐温硅脂、粉状碳纳米管的重量比为1.5:1，粒度均为550目，将上述原料按比例混合后再与水混合，制成膏状体。
2、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模布2，所述脱模布2包括：本实施例所述的脱模剂、具有多孔结构的棉纱，其中，膏状的脱模剂均匀涂抹在棉纱的表面，涂抹脱模剂后的脱模布2的面密度为120g/m2。
3、一种制备无支撑体碳纤维电热芯的方法，包括以下步骤：
(1)将本实施例制备的脱模布2包覆在直径为0.8cm、长度为40cm的氮化硼支撑芯棒模具1表面，包覆厚度为0.9mm；
(2)将浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3以固定螺距缠绕在步骤(1)中的脱模布2表面，其中，缠绕螺距为1mm，缠绕40圈，缠绕后在氧化铝支撑芯棒两端接入电热丝；
(3)对步骤(2)中氧化铝支撑芯棒两端的电热丝通入120V电压，待浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3中的定型剂裂解，脱模布2熔融碳化后，浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3即可形成碳纤维电热芯，且碳纤维电热芯和耐高温支撑模具表面会形成固定间隙，然后将碳纤维电热芯从氧化铝支撑芯棒模具1表面抽出，最后用去离子水清洗碳纤维电热芯后干燥，即得无支撑体碳纤维电热芯4。
实施例4
1、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模剂，所述脱模剂包括以下原料：石蜡、炭黑粉末，其中，石蜡、炭黑粉末的重量比为3:1，粒度均为700目，将上述原料按比例混合后再与水混合，制成膏状体。
2、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模布2，所述脱模布2包括：本实施例所述的脱模剂、具有多孔结构的棉纱，其中，膏状的脱模剂均匀涂抹在棉纱的表面，涂抹脱模剂后的脱模布2的面密度为110g/m2。
3、一种制备无支撑体碳纤维电热芯的方法，包括以下步骤：
(1)将本实施例制备的脱模布2包覆在直径为1cm、长度为50cm的铝合金支撑芯棒模具1表面，包覆厚度为0.9mm；
(2)将浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3以固定螺距缠绕在步骤(1)中的脱模布2表面，其中，缠绕螺距为1mm，缠绕50圈，缠绕后在氧化铝支撑芯棒两端接入电热丝；
(3)对步骤(2)中氧化铝支撑芯棒两端的电热丝通入200V电压，待浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3中的定型剂裂解，脱模布2熔融碳化后，浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3即可形成碳纤维电热芯，且碳纤维电热芯和耐高温支撑模具表面会形成固定间隙，然后将碳纤维电热芯从氧化铝支撑芯棒模具1表面抽出，最后用去离子水清洗碳纤维电热芯后干燥，即得无支撑体碳纤维电热芯4。
实施例5
1、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模剂，所述脱模剂包括以下原料：高温熔融剂(石蜡和耐温硅脂的任意比混合物)、石墨粉(石墨和炭黑的任意比混合粉末)，其中，高温熔融剂、石墨粉的重量比为5:1，粒度均为600目，将上述原料按比例混合后再与水混合，制成膏状体。
2、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模布2，所述脱模布2包括：本实施例所述的脱模剂、具有多孔结构的医用纱布，其中，膏状的脱模剂均匀涂抹在医用纱布的表面，涂抹脱模剂后的脱模布2的面密度为50g/m2。
3、一种制备无支撑体碳纤维电热芯的方法，包括以下步骤：
(1)将本实施例制备的脱模布2包覆在直径为1cm、长度为50cm的不锈钢支撑芯棒模具1表面，包覆厚度为1mm；
(2)将浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3以固定螺距缠绕在步骤(1)中的脱模布2表面，其中，缠绕螺距为1mm，缠绕50圈，缠绕后在氧化铝支撑芯棒两端接入电热丝；
(3)对步骤(2)中氧化铝支撑芯棒两端的电热丝通入180V电压，待浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3中的定型剂裂解，脱模布2熔融碳化后，浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3即可形成碳纤维电热芯，且碳纤维电热芯和耐高温支撑模具表面会形成固定间隙，然后将碳纤维电热芯从氧化铝支撑芯棒模具1表面抽出，最后用去离子水清洗碳纤维电热芯后干燥，即得无支撑体碳纤维电热芯4。
实施例6
1、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模剂，所述脱模剂包括以下原料：高温熔融剂(石蜡和耐温硅脂的任意比混合物)、石墨粉(石墨、炭黑、石墨烯的任意比混合粉末)，其中，高温熔融剂、石墨粉的重量比为5:1，粒度均为550目，将上述原料按比例混合后再与水混合，制成膏状体。
2、一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模布2，所述脱模布2包括：本实施例所述的脱模剂、具有多孔结构的棉纱，其中，膏状的脱模剂均匀涂抹在棉纱的表面，涂抹脱模剂后的脱模布2的面密度为150g/m2。
3、一种制备无支撑体碳纤维电热芯的方法，包括以下步骤：
(1)将本实施例制备的脱模布2包覆在直径为1cm、长度为50cm的氧化铝支撑芯棒模具1表面，包覆厚度为0.8mm；
(2)将浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3以固定螺距缠绕在步骤(1)中的脱模布2表面，其中，缠绕螺距为1mm，缠绕50圈，缠绕后在氧化铝支撑芯棒两端接入电热丝；
(3)对步骤(2)中氧化铝支撑芯棒两端的电热丝通入160V电压，待浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3中的定型剂裂解，脱模布2熔融碳化后，浸渍高温定型剂的碳纤维编织电热带3即可形成碳纤维电热芯，且碳纤维电热芯和耐高温支撑模具表面会形成固定间隙，然后将碳纤维电热芯从氧化铝支撑芯棒模具1表面抽出，最后用去离子水清洗碳纤维电热芯后干燥，即得无支撑体碳纤维电热芯4。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模剂，其特征在于，所述脱模剂包括以下组分：高温熔融剂、石墨粉。
2.如权利要求1所述的脱模剂，其特征在于，所述高温熔融剂、石墨粉的重量比为1-5:1；优选的，所述高温熔融剂、石墨粉的重量比为1-3:1。
3.如权利要求1或2所述的脱模剂，其特征在于，所述高温熔融剂包括石蜡、耐温硅脂中的一种或两种；优选的，所述高温熔融剂、石墨粉的粒度为500-700目。
4.如权利要求3所述的脱模剂，其特征在于，所述脱模剂中，所述脱模剂的形态为高温熔融剂、石墨粉按比例混合后与适当溶剂形成的膏状体。
5.一种用于无支撑体碳纤维电热芯脱模的脱模布，其特征在于，所述脱模布包括胎布和如权利要求1-4任一项所述的脱模剂，其中，脱模剂均匀涂抹在胎布的表面。
6.如权利要求5所述的脱模布，其特征在于，涂抹脱模剂后，脱模布的面密度为50-150g/m2；
优选的，涂抹脱模剂后的脱模布的面密度为80-120g/m2。
7.如权利要求5或6所述的脱模布，其特征在于，所述胎布为具有多孔结构的纱布；
优选的，所述胎布包括棉纱、医用纱布。
8.一种无支撑体碳纤维电热芯的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将权利要求5-7任一项所述的脱模布包覆在耐高温支撑芯棒表面；
(2)将浸渍聚酰亚胺高温定型剂的碳纤维编织电热带缠绕在步骤(1)中脱模布的表面；
(3)对步骤(2)中的碳纤维编织电热带通电，待碳纤维编织电热带表面定型胶裂解固化完成，脱模布熔融碳化后，将耐高温支撑芯棒模具抽出，即得。
9.如权利要求8所述的无支撑体碳纤维电热芯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述耐高温支撑芯棒的材质包括氧化铝、碳化硅、氮化硼、不锈钢或铝合金；
优选的，步骤(3)中，所述通电的电压为100-200V。
10.如权利要求1-4任一项所述的脱模剂在脱模布制备以及无支撑体碳纤维电热芯制备中应用、如权利要求5-7任一项所述的脱模布在无支撑体碳纤维电热芯制备中的应用、如权利要求8或9所述的制备方法及其制备的无支撑体碳纤维电热芯在工业加热、民用取暖、农业土壤加温领域以及低温烘烤设备中的应用。
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