CN108842296A - 多角度碳纤维预制体编制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了多角度碳纤维预制体编制方法，具体包括如下步骤：将碳纤维切短，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎单元层；采用若干网胎单元层针刺复合成一个网胎单元；将网胎单元环绕在托网磨具上面，使用弧形剥网针刺装置将网胎单元依次反复针刺到需要规格胚体，形成‑90度到90度多角度方向针刺纤维。保温筒密度在0.16g/cm3至0.2g/cm3，保温性好；对比现有产品软毡缠绕，使用保温效果好；形成‑90度到90度多角度方向针刺纤维，同时保证其针刺纤维不相互交叉和同位不重复针刺影响其性能，可以保证产品的密度均匀和性能的稳定；产品应用环境广。

Description

多角度碳纤维预制体编制方法
技术领域
本发明属于碳纤维预制体生产技术领域，具体涉及多角度碳纤维预制体编制方法。
背景技术
作为需拥有很多高温炉行业之一，光伏单晶设备折设备、热处理等圆形设。因市场需求增大，产品利润低，国内各项成本增加。降低成本是光伏行业生存条件之一，作为消耗部件之一的隔热保温材料，每年消耗巨大，其保温隔热性能的好坏直接影响企业的绩效。
目前市场圆形高温设备隔热材料采用含杂软毡缠绕而成，其使用寿命短，导致频繁更换隔热材料，影响生产效益，且更换操作过程不只是影响效益还具有风险。现有技术中的毛毡均是多层平铺而成的网胎单元采用平面垂直方式针刺而成的结构。其制备而成的产品结构形状单一，同时针刺时留有大针孔，针孔在产品使用时容易渗入其他腐蚀性物质，腐蚀损坏产品，如果采用上述方式制备表面弧度的产品，则容易产生密度均匀度差，各角度的压力控制能力差的技术问题，最终导致产品保温性能差。因此，如何研发一种低密度多角度编制碳纤维硬质保温筒的制备方法，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明根据碳纤维的导热性和密度的关联性，以及碳纤维在直径方向上和纤维轴向的导热承差异。使用多角度碳纤维预制体编制方法编制了低密度，耐高温、隔热效果非常优良的预制体。
本发明采取的技术方案为：
多角度碳纤维预制体编制方法，具体包括如下步骤：
(1)以碳含量≥92％的碳纤维为原料，将碳纤维短切成60mm，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎单元层，碳纤维排布方向与网胎单元层所在平面基本一致；所述“基本一致”是由于碳纤维非常多，而且其柔性大，而且由于网胎层会有一定厚度，梳理时不可能保证每一根碳纤维都与网胎层所在平面完全一致，某一些碳纤维可能会与该平面具有一定夹角；再者，在针刺的过程中，一些碳纤维不可避免的会随着针的走向而变成纵向，但总体上绝大多数碳纤维与网胎层所在平面是一致的，尽量避免存在与该平面垂直的碳纤维。另外，随着针的走向而变成纵向的碳纤维在网胎结构中起到一定的支撑作用，维持其蓬松结构，从而增强保温效果。
(2)采用若干网胎单元层通过依次针刺连接在一起，复合成一个网胎，针刺方向为纵向，网胎单元层平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直，针刺工艺数量为单位面积刺针数，针刺的密度为2-50针/cm2；使网胎蓬松，必须按指定针数针刺，当密度过低时会导致产品碳化、高温过程中收缩相对密度会增大，当密度过高时其保温效果会降低。
(3)将网胎单元缠绕在圆形或弧形托网磨具上面，使用弧形剥网针刺装置将网胎单元依次反复针刺到需要规格胚体，同时在针刺过程圆形或弧形托网磨具需环绕轴顺时针和轴向同步点动移动，每次同步环绕旋转弧长2mm-30mm，轴向同步点动移动距离0.5mm-9mm，形成-90度到90度多角度方向针刺纤维。同时保证其针刺纤维不相互交叉和同位不重复针刺影响其性能。
进一步的，所述步骤(1)中碳纤维是黏胶、沥青、聚丙烯晴、酚醛为原料碳化而成的碳纤维，其含碳量在92％以上，短切后，用梳理机梳理成网胎可避免纵向丝束影响其隔热效果，也可使产品密度尽可能均匀。
进一步的，所述步骤(1)中网胎单元层克重为20-400g/m2，厚度为0.2-200mm，密度为0.08-0.2g/cm3。
进一步的，所述步骤(2)中网胎的网胎单元层的层数为2-40层。
进一步的，所述步骤(2)中网胎单元层与防护膜层针刺在一起，防护膜层数量至少为1层，防护膜包括50k、24k、12k、6k碳纤维布或高密度无纬布。
更进一步的，所述步骤(2)中网胎单元层与防护膜层的组合排列方式是一层对一层地间隔排布，或是一层对多层地间隔排布，或是多层对一层地间隔排布，或是上述三种间隔排布方式的随机组合。
进一步的，所述步骤(3)中网胎单元反复针刺的密度为2-50针/cm2。
如图1所示，所述步骤(3)中弧形剥网针刺装置包括弧形剥网针刺装置包括针、圆形托网模具、弧形针板、弧形活动剥网板，所述托网板、弧形针板和弧形活动剥网板均设置为弧形曲率一致的弧形瓦片状结构，弧形针板和弧形活动剥网板悬置于托网模具上方。
更进一步的，所述步骤(3)圆形托网磨具外层铺设有10mm-30mm的毛毡。毛毡对产品起到一定的缓冲保护作用，可缓解针刺的力度，避免发生断针的现象。
更进一步的，所述步骤(3)中弧形剥网针刺装置还设置有张力器，张力器的两端通过紧固螺栓横跨安装在弧形针板和弧形活动剥网板上，弧形针板通过张力器调节剥网板对产品的压力。同时张力器中部的弹性机构起到弹力缓冲作用，保证了剥网板对毛毡及产品表面产生稳定的压合力，进而保证胚体每个位置的厚度均匀一致，保证了胶渗透性均匀。
更进一步的，所述步骤(3)中托网模具设置为采用木材材质制备形成的圆形或弧形托网板，通过数控电机或机械连杆让托网磨具顺时针方向和Z轴方向同步运行移动，网磨具顺时针方向移动范围在5mm-30mm，Z轴方向同步运行移动0.5mm-9mm。
托网模具采用机械驱动或电子控制移动的方式，机械驱动采用连杆驱动，保证了位移的精确度。托网模具结构新颖，其与胚体产品的结构形状相互适配，保证了胚体具有独特的结构形状，保证了后续产品渗胶均匀性，形成外观整齐的碳纤维硬质保温筒，有利于延长使用寿命。
本发明的有益效果为：
本实发明在本公司从事多年高温隔热材料制作中，根据碳纤维的导热性和密度的关联性，以及碳纤维在直径方向上和纤维轴向的导热承差异。经过多次试验制作出上述低密度碳纤维整体多角度低密度碳纤维预制体，具有以下优势：
(1)预制体密度在0.1g/cm3至0.16g/cm3，保温性好；
(2)对比现有产品。保温来讲，保温性更优良；通过在圆形或弧形托网磨具上面，使用弧形剥网针刺装置针刺，使网胎单元形成一个整体的胚体，避免了分层和空洞的风险：同时在针刺过程圆形或弧形托网磨具需环绕轴顺时针和轴向同步点动移动，每次同步环绕旋转弧长2mm-30mm，轴向同步点动移动距离0.5mm-9mm，形成-90度到90度多角度方向针刺纤维，同时保证其针刺纤维不相互交叉和同位不重复针刺影响其性能。也避免了因留大针孔而影响其使用寿命。
(3)保温毡中纵向纤维含量极少，远远低于现有产品中的含量，由于碳纤维在直径方向上和纤维轴向的导热承不同，因此相比于纵向纤维含量高的现有产品，保温性能大大提高；
(4)使用环境广，适用于各种真空圆形气氛烧结炉、淬火炉以及晶体生长炉(如单晶生长炉)、碳化硅、氮化镓等相关的其它高温圆形设备；
(5)本发明用来制备的保温硬毡筒，保温隔热效果优良。
附图说明
图1为本发明中弧形剥网针刺装置的整体结构示意图。
图2为本发明中产品的整体结构示意图。
其中，1、弧形针板；2、张力器；3、弧形活动剥网板；4、针；5、胚体；6、毛毡。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
实施例1
多角度碳纤维预制体编制方法，具体包括如下步骤：
(1)以碳含量≥92％的碳纤维为原料，将碳纤维短切成60mm，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎单元层，网胎单元层克重为80g/m2，厚度为1mm，碳纤维排布方向与网胎单元层所在平面基本一致；
(2)采用10层网胎单元层通过依次针刺连接在一起，复合成一个网胎，针刺方向为纵向，网胎单元层平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直，针刺工艺数量为单位面积刺针数，针刺的密度为2-50针/cm2；
(3)将网胎单元缠绕在圆形或弧形托网磨具上面，使用弧形剥网针刺装置将网胎单元依次反复针刺到需要厚度为42mm胚体，同时在针刺过程圆形或弧形托网磨具需环绕轴顺时针和轴向同步点动移动，每次同步环绕旋转弧长2mm-30mm，轴向同步点动移动距离0.5mm-9mm，形成-90度到90度多角度方向针刺纤维。
实施例2
多角度碳纤维预制体编制方法，具体包括如下步骤：
(1)以碳含量≥92％的碳纤维为原料，将碳纤维短切成60mm，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎单元层，网胎单元层克重100g/m2，厚度为1mm；碳纤维排布方向与网胎单元层所在平面基本一致；
(2)采用10层网胎单元层通过依次针刺连接在一起，复合成一个网胎，针刺方向为纵向，网胎单元层平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直，针刺工艺数量为单位面积刺针数，针刺的密度为2-50针/cm2；
(3)将网胎单元缠绕在圆形或弧形托网磨具上面，使用弧形剥网针刺装置将网胎单元依次反复针刺到需要厚度为42mm胚体，同时在针刺过程圆形或弧形托网磨具需环绕轴顺时针和轴向同步点动移动，每次同步环绕旋转弧长2mm-30mm，轴向同步点动移动距离0.5mm-9mm，形成-90度到90度多角度方向针刺纤维。
实施例3
多角度碳纤维预制体编制方法，具体包括如下步骤：
(1)以碳含量≥92％的碳纤维为原料，将碳纤维短切成60mm，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎单元层，网胎单元层克重为120g/m2，厚度为1mm，碳纤维排布方向与网胎单元层所在平面基本一致；
(2)采用10层网胎单元层通过依次针刺连接在一起，复合成一个网胎，针刺方向为纵向，网胎单元层平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直，针刺工艺数量为单位面积刺针数，针刺的密度为2-50针/cm2；
(3)将网胎单元缠绕在圆形或弧形托网磨具上面，使用弧形剥网针刺装置将网胎单元依次反复针刺到厚度为42mm胚体，同时在针刺过程圆形或弧形托网磨具需环绕轴顺时针和轴向同步点动移动，同步环绕弧长2mm-30mm，轴向同步点动移动距离0.5mm-9mm，形成-90度到90度多角度方向针刺纤维。
对比例：现有毛毡均是多层平铺而成的网胎单元采用平面垂直方式针刺而成的结构。其制备而成的产品结构形状单一，同时针刺时留有大针孔，针孔在产品使用时容易渗入其他腐蚀性物质，腐蚀损坏产品，如果采用上述方式制备表面弧度的产品，则容易产生密度均匀度差，各角度的压力控制能力差的技术问题，最终导致产品保温性能差。
本申请实施例1-实施例3中的碳纤维预制体产品是采用弧形剥网针刺装置通过多角度的针刺方式制备而成的结构(产品形状如图2所示)。
上述毛毡产品保温性能的对比如下：
表1对比例和实施例制得的碳纤维预制体的性能
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)以碳含量≥92％的碳纤维为原料，将碳纤维短切，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎单元层，碳纤维排布方向与网胎单元层所在平面基本一致；
(2)采用若干网胎单元层通过依次针刺连接在一起，复合成一个网胎，针刺方向为纵向，网胎单元层平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直，针刺的密度为2-50针/cm2；
(3)将网胎单元缠绕在圆形或弧形托网磨具上面，使用弧形剥网针刺装置将网胎单元依次反复针刺到需要规格胚体，同时在针刺过程圆形或弧形托网磨具需环绕轴顺时针和轴向同步点动移动，每次同步环绕旋转弧长2mm-30mm，轴向同步点动移动距离0.5mm-9mm，形成-90度到90度多角度方向针刺纤维。
2.根据权利要求1所述多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，所述步骤(1)中碳纤维是黏胶、沥青、聚丙烯晴、酚醛为原料碳化而成的碳纤维。
3.根据权利要求1所述多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，所述步骤(1)中网胎单元层克重为20-400g/m2，厚度为0.2-200mm，密度为0.08-0.2g/cm3。
4.根据权利要求1所述多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，所述步骤(2)中网胎的网胎单元层的层数为2-40层，网胎单元层与防护膜层的组合排列方式是一层对一层地间隔排布，或是一层对多层地间隔排布，或是多层对一层地间隔排布，或是上述三种间隔排布方式的随机组合。
5.根据权利要求1所述多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，所述步骤(2)中网胎单元层与防护膜层针刺在一起，防护膜层数量至少为1层，防护膜包括50k、24k、12k、6k碳纤维布或高密度无纬布。
6.根据权利要求1所述多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，所述步骤(3)中网胎单元反复针刺的密度为2-50针/cm2。
7.根据权利要求1所述多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，所述步骤(3)中弧形剥网针刺装置包括弧形剥网针刺装置包括针、托网模具、弧形针板、弧形活动剥网板，所述托网板、弧形针板和弧形活动剥网板均设置为弧形曲率一致的弧形瓦片状结构，弧形针板和弧形活动剥网板悬置托网模具上方。
8.根据权利要求1所述多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，所述步骤(3)圆形磨具外层铺设有10mm-30mm的毛毡。
9.根据权利要求1所述多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，所述步骤(3)中弧形剥网针刺装置还设置有张力器，张力器的两端通过紧固螺栓横跨安装在弧形针板和弧形活动剥网板上，张力器的中部通过弹性机构将弧形剥网板垂直压合在产品和毛毡上。
10.根据权利要求1所述多角度碳纤维预制体编制方法，其特征在于，所述步骤(3)中托网模具设置为采用木材材质制备形成的圆形或弧形托网板，通过数控电机或机械连杆让托网磨具顺时针方向和Z轴方向同步运行移动。
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