CN109516827A - 一种高性能碳纤维保温筒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能碳纤维保温筒的制备方法。该制备方法包括：将碳布缠绕在模具上，然后在碳布上面刷涂粘结胶；采用45度和135度针刺角度交替针刺的方法将表面喷有粘结剂的多层薄网胎针刺在碳布上；在多层薄网胎的最外层黏结一层碳布，形成坯体；采用真空袋将所述坯体密封，进行抽真空，使所述坯体的厚度达到工艺设定值；将坯体放进烘箱内进行固化处理；将固化好的坯体脱模后放进真空炭化炉内进行碳化；按照要求对碳化处理后的坯体进行机械加工；将机械加工后的坯体放进惰性气体保护的高温炉中进行纯化处理，得到碳纤维保温筒。采用本方法制备的碳纤维保温筒保温性能好、整体性好、不易分层现象、抗氧化性能好且灰分少。

Description

一种高性能碳纤维保温筒的制备方法
技术领域
本发明涉及保温筒制备领域，特别是涉及一种高性能碳纤维保温筒的制备方法。
背景技术
近些年来，随着粉末冶金的技术不断进步，对热场的均温性要求提高，尤其特种压力炉要求保温筒既要强度高，又要保温性能好，灰分低等；太阳能的单晶炉也是如此，还对热场的温度梯度更加严格，热场必须灰分低，耐硅蒸汽腐蚀等。目前保温筒的制备方法有：(1)制备碳纤维经预制体-化学气相沉积增密-纯化处理-机加工工艺；(2)采用由接触的保温外筒、软毡层和保温内筒机械复合组成一个保温筒；(3)采用沥青基碳纤维无纺毡与有机粘结剂+溶剂的混合液混合后经定型、固化、炭化/石墨化处理后的筒状体。
制备方法(1)工艺虽然简单，但是导热系数偏高，保温性能差，表面的孔隙率偏高，容易被腐蚀；制备方法(2)采用三个部件复合，更换的时候只要更换局部，但是装配比较难，且整体性差，导热系数偏高；制备方法(3)采用沥青基碳纤维无纺毡制备的价格偏高，表面没有防护，在腐蚀性气氛下容易被侵蚀，影响使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能碳纤维保温筒的制备方法，用以制备强度高、保温性能优异的性能碳纤维保温筒。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高性能碳纤维保温筒的制备方法，所述制备方法包括：
将碳布缠绕在模具上，然后在碳布上面刷涂粘结胶；
采用45度和135度针刺角度交替针刺的方法将表面喷有粘结剂的多层薄网胎针刺在碳布上，在多层薄网胎的最外层黏结一层碳布，形成坯体；在后一层的薄网胎的针刺深度为在前一层的薄网胎厚度的一半；
在多层薄网胎的最外层黏结一层碳布，形成坯体；
采用真空袋将所述坯体密封，进行抽真空，使所述坯体的厚度达到工艺设定值；
将坯体放进烘箱内进行固化处理；
将固化好的坯体脱模后放进真空炭化炉内进行碳化；
按照要求对碳化处理后的坯体进行机械加工；
将机械加工后的坯体放进惰性气体保护的高温炉中进行纯化处理，得到碳纤维保温筒。
可选的，在机械加工之后，还包括，在机械加工后的坯体表面喷涂抗氧化涂层料。
可选的，所述薄网胎的厚度为5-40mm。
可选的，所述固化处理的温度为180-230℃。
可选的，所述纯化处理的温度为2000-2600℃。
可选的，最内层的薄网胎以及最外层的薄网胎的针刺密度为0.14～0.5g/cm3；中间层的薄网胎的针刺密度为0.05～0.12g/cm3。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：通过本发明公开的制备方法制备的碳纤维保温筒表层密度高，强度高；中间层密度低，保温性能优异。且每层都是采用针刺，每层的针刺都针刺到上层厚度的一半为止，所以层间结合为一个整体，整体性好，不易分层；保温筒表面采用抗氧化涂层，耐腐蚀性能好，保温筒进行高温纯化处理，灰分减少。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例高性能碳纤维保温筒的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种高性能碳纤维保温筒的制备方法，用以制备强度高、保温性能优异的性能碳纤维保温筒。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种高性能碳纤维保温筒的制备方法包括以下步骤：
步骤101：将碳布缠绕在模具上，然后在碳布上面刷涂粘结胶。先在模具上缠绕一层6K或12K碳布，然后在碳布上面刷涂粘结胶。
步骤102：采用45度和135度针刺角度交替针刺的方法将表面喷有粘结剂的多层薄网胎针刺在碳布上，在多层薄网胎的最外层黏结一层碳布，形成坯体；在后一层的薄网胎的针刺深度为在前一层的薄网胎厚度的一半。在碳布上铺5～40mm厚的薄网胎，然后采用针刺密度30～80针/cm2，针刺深度以到达碳布层为准，针刺角度为45度的针刺方式进行多次针刺，针刺完毕后，在表面喷粘结胶，再次铺5～40mm厚的薄网胎，针刺密度2～8针/cm2，针刺深度以到达前面一层厚度的一半为准，针刺角度为135度的针刺方式进行多次针刺。最内层的薄网胎以及最外层的薄网胎的针刺密度为0.14～0.5g/cm3；中间层的薄网胎的针刺密度为0.05～0.12g/cm3。在多层薄网胎的最外层黏结一层碳布，形成坯体。针刺到最外层的时候，喷粘结胶后铺一层6K或12K碳布，采用针刺密度30～80针/cm2，针刺深度以到达上层薄网胎厚度的一半为准。第一层和最后一层的针刺密度高，保证密度高，强度高，中间几层针刺密度低，保证密度低，保温性能好；采用45度和135度针刺角度交替针刺，即第一层45度，第二层135度，第三层45度，以此类推。
步骤103：采用真空袋将所述坯体密封，进行抽真空，使所述坯体的厚度达到工艺设定值。
步骤104：将坯体放进烘箱内进行固化处理，固化处理的温度为180-230℃。
步骤105：将固化好的坯体脱模后放进真空炭化炉内进行碳化。；
步骤106：按照要求对碳化处理后的坯体进行机械加工。将已炭化完全的坯体按照客户要求的技术图纸进行机械加工，一般坯体制作的时候控制好内外径尺寸，机加工就不要加工保温筒的内外径。
步骤107：将机械加工后的坯体放进惰性气体保护的高温炉中进行纯化处理，得到碳纤维保温筒，纯化处理的温度为2000-2600℃。
针对单晶保温筒，一般客户要求表面进行抗氧化涂层，因此单晶保温筒的所有表面喷涂抗氧化涂层料。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过本发明公开的制备方法制备的碳纤维保温筒表层密度高，强度高；中间层密度低，保温性能优异。且每层都是采用针刺，每层的针刺都针刺到上层厚度的一半为止，所以层间结合为一个整体，整体性好，不易分层；保温筒表面采用抗氧化涂层，耐腐蚀性能好，保温筒进行高温纯化处理，灰分减少。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种高性能碳纤维保温筒的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将碳布缠绕在模具上，然后在碳布上面刷涂粘结胶；
采用45度和135度针刺角度交替针刺的方法将表面喷有粘结剂的多层薄网胎针刺在碳布上，在多层薄网胎的最外层黏结一层碳布，形成坯体；在后一层的薄网胎的针刺深度为在前一层的薄网胎厚度的一半；
采用真空袋将所述坯体密封，进行抽真空，使所述坯体的厚度达到工艺设定值；
将坯体放进烘箱内进行固化处理；
将固化好的坯体脱模后放进真空炭化炉内进行碳化；
按照要求对碳化处理后的坯体进行机械加工；
将机械加工后的坯体放进惰性气体保护的高温炉中进行纯化处理，得到碳纤维保温筒。
2.根据权利要求1所述的高性能碳纤维保温筒的制备方法，其特征在于，在机械加工之后，还包括，在机械加工后的坯体表面喷涂抗氧化涂层料。
3.根据权利要求1所述的高性能碳纤维保温筒的制备方法，其特征在于，所述薄网胎的厚度为5-40mm。
4.根据权利要求1所述的高性能碳纤维保温筒的制备方法，其特征在于，所述固化处理的温度为180-230℃。
5.根据权利要求1所述的高性能碳纤维保温筒的制备方法，其特征在于，所述纯化处理的温度为2000-2600℃。
6.根据权利要求1所述的高性能碳纤维保温筒的制备方法，其特征在于，最内层的薄网胎以及最外层的薄网胎的针刺密度为0.14～0.5g/cm3；中间层的薄网胎的针刺密度为0.05～0.12g/cm3。
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