CN111409321B - 一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法，根据碳纤维硬毡中的每一层的不同密度的要求，然后挑选碳纤维软毡的材质以及克重，然后依次经过软毡浸渍树脂、干燥、每层喷涂特殊的粘结剂、热压固化、涂覆特殊的表面处理剂、真空高温烧结，最终可以制得厚度方向上分为不同密度的多层、且密度从0.12g/cm3‑0.3g/cm3密度梯度的、石墨化的碳纤维硬毡；本申请对碳纤维硬毡进行了结构改进，不同密度的碳纤维硬毡层与炉内的热场的温度梯度相适应，在热场中的高温区域、中温区域以及低温区域均有良好的保温性能，且碳纤维硬毡的外表面上的表面处理剂可以有效地提高抗氧化能力，克服了现有的碳化硅涂层所存在的缺陷。

Description

一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法
技术领域
本发明涉及碳纤维隔热材料技术领域，尤其是涉及一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法。
背景技术
随着光伏、太阳能产业的发展，隔热材料的需求量也在不断增加。传统隔热材料由于其使用温度低(＜1800℃)，污染大，并且难以做成薄型隔热层，占用了炉体内空间，从而浪费了高温炉内空间。而新型碳纤维隔热材料由于具有导热系数小、热容量低、密度小、线膨胀系数小、耐高温、耐热冲击性强、耐化学腐蚀性强、高纯无污染等优异性能，已成为高温炉最主要的隔热材料。
高温炉内温度分布按照从内到外的顺序逐渐降低，炉内的热场是有温度梯度的，不同的温度区域对隔热材料的保温性能要求不同，而碳纤维隔热材料的保温性能与其密度以及碳纤维基材有很大关系，根据研究，碳纤维隔热材在低温区域，体密度越小热导率越低，热损也越小，而在高温区域，体密度越大热导率反而更低，热损也越小。
由于碳纤维硬毡长期处于高温、含有腐蚀性杂质的使用环境中，易老化变薄，机械强度降低，缩短了使用寿命，而且碳纤维硬毡价格昂贵，碳纤维硬毡的大量消耗大大增加了生产成本。为了延缓碳纤维硬毡的老化，延长碳纤维硬毡的使用寿命，降低生产成本，现有技术是通过在碳纤维硬毡的外表面上涂覆碳化硅涂层，以达到减缓碳纤维硬毡老化的目的。
但是，由于碳化硅涂层在碳纤维硬毡表面上的附着力弱，且炉内为高温、腐蚀环境，致使碳化硅涂层容易脱落；同时，在实际生产过程中碳纤维硬毡是需要经常装进高温炉中或者从高温炉中取出的，这也导致了碳化硅涂层容易脱落。因此，现有技术中通过涂覆碳化硅涂层的方式达不到很好的延缓碳纤维硬毡老化的目的。
因此，如何对碳纤维硬毡进行结构改进，使得碳纤维硬毡与炉内的热场的温度梯度相适应，在热场中的高温区域、中温区域以及低温区域均有良好的保温性能，且对碳纤维硬毡的外表面进行表面改进，以克服现有的碳化硅涂层所存在的缺陷，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法，包括以下依次进行的步骤：
1)根据炉内的热场的温度梯度，制定目标成品的碳纤维硬毡的厚度方向上的各层的密度；
控制在热场温度T1为1600℃＜T1≤2400℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层一的密度ρ1为0.2kg/m3≤ρ1≤0.3kg/m3；
控制在热场温度T2为1200℃＜T2≤1600℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层二的密度ρ2为0.15kg/m3≤ρ2≤0.2kg/m3；
控制在热场温度T3为600℃＜T3≤1200℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层三的密度ρ3为0.12kg/m3≤ρ3≤0.15kg/m3；
2)根据碳纤维硬毡层一的密度ρ1，确定碳纤维软毡一的原丝类型与克重：采用克重为1200g/m2～1500g/m2的沥青基碳纤维软毡、克重为1200g/m2～1500g/m2的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1200g/m2～1500g/m2的粘胶基碳纤维软毡；
根据碳纤维硬毡层二的密度ρ2，确定碳纤维软毡二的原丝类型与克重：采用克重为1000g/m2～1200g/m2的沥青基碳纤维软毡、克重为1000g/m2～1200g/m2的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1000g/m2～1200g/m2的粘胶基碳纤维软毡；
根据碳纤维硬毡层三的密度ρ3，确定碳纤维软毡三的原丝类型与克重：采用克重为600g/m2～1000g/m2的沥青基碳纤维软毡；
3)以热固性树脂的有机溶剂溶液作为浸渍液，将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三放入浸渍液中进行浸渍处理，浸渍完成后经挤压轮挤压出多余的浸渍液，然后将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三分别放入烘箱中进行烘干脱水处理，完成后分别制得碳纤维预浸料毡一、碳纤维预浸料毡二、碳纤维预浸料毡三；
4)将碳纤维预浸料毡一、碳纤维预浸料毡二、碳纤维预浸料毡三按照从炉腔的中心到炉腔的边缘的顺序摆放，且将碳纤维预浸料毡一的外长宽表面与碳纤维预浸料毡二的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，且将碳纤维预浸料毡二的外长宽表面与碳纤维预浸料毡三的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，完成后制得多层状的半成品A；
5)将步骤4)制得的半成品A放在模具内，在热压机内通过热压固化处理变成具有一定尺寸和形状的碳纤维硬毡毛胚；
6)在步骤5)制得的碳纤维硬毡毛胚的外表面上涂覆表面处理剂，完成后制得半成品B；
7)将步骤6)制得的半成品B在真空高温炉中烧结，去除原料及生产过程中的各种杂质，并使碳原子的晶格排列更加整齐，烧结完成后制得石墨化的碳纤维硬毡。
优选的，步骤3)中，所述热固性树脂为呋喃树脂、环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂以及改性呋喃树脂中的一种或几种。
优选的，步骤3)中，在烘箱中，浸渍后的碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三被温度为80℃的热风吹扫，以用于脱去表面水分。
优选的，步骤4)中，所述粘结剂包括以下质量百分数的组分：苯酚、二甲苯酚、短纤以及炭黑中的一种或几种的占比为0.5wt％～1.5wt％，偶联剂的占比为0.1wt％～1wt％，增稠剂的占比为0.5wt％～1.5wt％，发泡剂的占比为0.1wt％～0.75wt％，呋喃树脂以及环氧树脂中的一种或者两种的占比为10wt％～30wt％，酚醛树脂的占比为余量；
所述短纤为沥青基碳化短纤、粘胶基碳化短纤、聚丙烯腈基碳化短纤中的一种或几种，所述短纤的直径为4～10微米且长度为2～4mm。
优选的，步骤5)中，热压固化处理中，热压固化温度为220℃～240℃，热压固化时间为2小时。
优选的，步骤6)中，所述表面处理剂包括以下质量百分数的组分：呋喃树脂以及环氧树脂中的一种或者两种的占比为5wt％～10wt％，酚醛树脂的占比为10wt％～15wt％，60目～200目的炭黑的占比为5wt％～15wt％，表面活性剂的占比为0.1wt％～0.5wt％，增稠剂的占比为0.5wt％～1.5wt％，乙醇的占比为余量。
优选的，步骤7)中，在真空高温炉中的烧结过程中，真空度为≤200Pa，且烧结温度为2375℃～2425℃。
本申请提供了一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法，根据碳纤维硬毡中的每一层的不同密度的要求，然后挑选不同材质碳纤维软毡的选型以及克重，然后依次经过软毡浸渍树脂、干燥、每层喷涂特殊的粘结剂、热压固化、涂覆特殊的表面处理剂、真空高温烧结，最终可以制得厚度方向上分为不同密度的多层、且密度从0.12g/cm3～0.3g/cm3密度梯度的、含碳量大于99wt％、灰分小于50ppm、厚度方向上的压缩强度≥0.7MPa、弯曲强度≥1.10MPa、石墨化的碳纤维硬毡；
上述这种密度梯度的碳纤维硬毡正好可以满足高温炉内温度的变化，与炉内的热场的温度梯度相适应，在热场中的高温区域、中温区域以及低温区域均有良好的保温性能，减少了高温炉热量的损失，降低了能耗；碳纤维硬毡层一、碳纤维硬毡层二、碳纤维硬毡层三各自密度不同，针对热场内的不同区域，使用这种密度梯度的碳纤维硬毡能够有效地减少热损，降低能耗；
上述碳纤维硬毡包括从内到外的不同密度梯度的碳纤维硬毡层一、碳纤维硬毡层二、碳纤维硬毡层三，层间经过粘结剂的粘结，抗压强度和弯曲强度有了很大的改观，整体机械强度增强；粘结剂一次性将不同密度的碳纤维软毡粘结在一块，高温烧结后，既增加了层间的结合力，减少了开裂，降低了成本，又提高了碳纤维硬毡整体的机械强度，显著地提高了碳纤维硬毡的整体使用寿命；
碳纤维硬毡的外表面上的表面处理剂涂层可以有效地提高碳纤维硬毡在使用过程中的抗氧化能力，减少了高温氧化脱落，有利于在单晶炉和多晶炉内使用，提高了碳纤维硬毡的整体使用性能，而且一次性成型，工艺简单，成本较低，克服了现有的碳化硅涂层所存在的缺陷。
附图说明
图1为本申请的实施例提供的一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法中的步骤4)完成后制得多层状的半成品A的剖面结构示意图。
图中：101碳纤维预浸料毡一，102碳纤维预浸料毡二，103碳纤维预浸料毡三；
201粘结剂层一，202粘结剂层二。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是进一步说明本发明的特征及优点，而不是对本发明权利要求的限制。
如图1所示，图1为本申请的实施例提供的一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法中的步骤4)完成后制得多层状的半成品A的剖面结构示意图；图中：碳纤维预浸料毡一101，碳纤维预浸料毡二102，碳纤维预浸料毡三103；粘结剂层一201，粘结剂层二202。
本申请提供了一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法，包括以下依次进行的步骤：
1)根据炉内的热场的温度梯度，制定目标成品的碳纤维硬毡的厚度方向上的各层的密度；
控制在热场温度T1为1600℃＜T1≤2400℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层一的密度ρ1为0.2kg/m3≤ρ1≤0.3kg/m3；
控制在热场温度T2为1200℃＜T2≤1600℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层二的密度ρ2为0.15kg/m3≤ρ2≤0.2kg/m3；
控制在热场温度T3为600℃＜T3≤1200℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层三的密度ρ3为0.12kg/m3≤ρ3≤0.15kg/m3；
2)根据碳纤维硬毡层一的密度ρ1，确定碳纤维软毡一的原丝类型与克重：采用克重为1200g/m2～1500g/m2的沥青基碳纤维软毡、克重为1200g/m2～1500g/m2的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1200g/m2～1500g/m2的粘胶基碳纤维软毡；
根据碳纤维硬毡层二的密度ρ2，确定碳纤维软毡二的原丝类型与克重：采用克重为1000g/m2～1200g/m2的沥青基碳纤维软毡、克重为1000g/m2～1200g/m2的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1000g/m2～1200g/m2的粘胶基碳纤维软毡；
根据碳纤维硬毡层三的密度ρ3，确定碳纤维软毡三的原丝类型与克重：采用克重为600g/m2～1000g/m2的沥青基碳纤维软毡；
3)以热固性树脂的有机溶剂溶液作为浸渍液，将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三放入浸渍液中进行浸渍处理，浸渍完成后经挤压轮挤压出多余的浸渍液，然后将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三分别放入烘箱中进行烘干脱水处理，完成后分别制得碳纤维预浸料毡一101、碳纤维预浸料毡二102、碳纤维预浸料毡三103；
4)将碳纤维预浸料毡一101、碳纤维预浸料毡二102、碳纤维预浸料毡三103按照从炉腔的中心到炉腔的边缘的顺序摆放，且将碳纤维预浸料毡一的外长宽表面与碳纤维预浸料毡二的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，且将碳纤维预浸料毡二的外长宽表面与碳纤维预浸料毡三的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，完成后制得多层状的半成品A；
5)将步骤4)制得的半成品A放在模具内，在热压机内通过热压固化处理变成具有一定尺寸和形状的碳纤维硬毡毛胚；
6)在步骤5)制得的碳纤维硬毡毛胚的外表面上涂覆表面处理剂，完成后制得半成品B；
7)将步骤6)制得的半成品B在真空高温炉中烧结，去除原料及生产过程中的各种杂质，并使碳原子的晶格排列更加整齐，烧结完成后制得石墨化的碳纤维硬毡。
在本申请的一个实施例中，步骤3)中，所述热固性树脂为呋喃树脂、环氧树脂、酚醛树脂、改性酚醛树脂以及改性呋喃树脂中的一种或几种。
在本申请的一个实施例中，步骤3)中，在烘箱中，浸渍后的碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三被温度为80℃的热风吹扫，以用于脱去表面水分。
在本申请的一个实施例中，步骤4)中，所述粘结剂包括以下质量百分数的组分：苯酚、二甲苯酚、短纤以及炭黑中的一种或几种的占比为0.5wt％～1.5wt％，偶联剂的占比为0.1wt％～1wt％，增稠剂的占比为0.5wt％～1.5wt％，发泡剂的占比为0.1wt％～0.75wt％，呋喃树脂以及环氧树脂中的一种或者两种的占比为10wt％～30wt％，酚醛树脂的占比为余量；
所述短纤为沥青基碳化短纤、粘胶基碳化短纤、聚丙烯腈基碳化短纤中的一种或几种，所述短纤的直径为4～10微米且长度为2～4mm。
在本申请的一个实施例中，步骤5)中，热压固化处理中，热压固化温度为220℃～240℃，热压固化时间为2小时。
在本申请的一个实施例中，步骤6)中，所述表面处理剂包括以下质量百分数的组分：呋喃树脂以及环氧树脂中的一种或者两种的占比为5wt％～10wt％，酚醛树脂的占比为10wt％～15wt％，60目～200目的炭黑的占比为5wt％～15wt％，表面活性剂的占比为0.1wt％～0.5wt％，增稠剂的占比为0.5wt％～1.5wt％，乙醇的占比为余量。
在本申请的一个实施例中，步骤7)中，在真空高温炉中的烧结过程中，真空度为≤200Pa，且烧结温度为2375℃～2425℃。
上述粘结剂的配方的工作原理是：单纯的酚醛树脂由于交联密度较大，固化后脆性较大，导致碳纤维硬毡的整体机械强度不高，加入呋喃树脂或者环氧树脂其中的一种或两种后降低酚醛树脂的交联密度，可以很好的改变碳纤维硬毡的机械强度；添加苯酚、二甲苯酚、短纤以及炭黑其中的一种或几种能够有效的增大碳纤维的比表面积，使树脂能够很好的与碳纤维接触，且硅烷偶联剂连接无机纤维与有机树脂起到了很好的桥梁作用。所以，上述粘结剂可以很好的解决碳纤维硬毡在使用过程中由于机械强度不高，层间结合力不牢固等引起的质量问题。上述粘结剂的优点在于：1).粘结剂按照配比的混匀制备比较容易；2).真空高温烧结处理后粘结性很强，碳纤维硬毡的机械强度高，层间结合力强。
上述表面处理剂的工作原理是：酚醛树脂由于交联密度较大，固化后气孔比较多，在真空高温炉中烧结后表面比较粗糙；而单纯用呋喃树脂或者环氧树脂，其一是成本比较高，其二是呋喃树脂或者环氧树脂交联密度小，支链少，涂层完后又很难与基材结合在一块，所以往酚醛树脂中加入呋喃树脂或者环氧树脂中的一种或两种后可以兼顾优点；而且在配制过程中添加表面活性剂、增稠剂、乙醇可以调整整个体系的粘度，当整个体系粘度过小时在涂覆过程中很容易渗入到毡的内部而浪费掉，当整个体系粘度过大时容易涂抹不均且涂量太大还会导致表层易开裂，因此表面处理剂的粘度应当适中，60目～200目的炭黑能够有效的增大碳纤维的比表面积，使树脂能够很好的与碳纤维接触，使得真空高温烧结处理后涂层与表面粘结更加牢固。所以此表面处理剂既可以延缓碳纤维硬毡在使用过程中的高温冲刷，提高碳纤维硬毡的寿命，而且表面处理剂涂层在高温使用环境下不容易脱落与掉粉。上述表面处理剂的优点在于：1).真空高温烧结处理后表层不会起皮或脱落；2).真空高温烧结处理后外表面比较光亮，无色差；3).成本低廉。
本申请中未详细描述的装置和方法均为现有技术，不再赘述。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法，包括以下依次进行的步骤：
1)根据炉内的热场的温度梯度，制定目标成品的碳纤维硬毡的厚度方向上的各层的密度；
控制在热场温度T1为1600℃＜T1≤2400℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层一的密度ρ1为0.25kg/m3≤ρ1≤0.28kg/m3；
控制在热场温度T2为1200℃＜T2≤1600℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层二的密度ρ2为0.16kg/m3≤ρ2≤0.18kg/m3；
控制在热场温度T3为600℃＜T3≤1200℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层三的密度ρ3为0.13kg/m3≤ρ3≤0.15kg/m3；
2)根据碳纤维硬毡层一的密度ρ1，确定碳纤维软毡一的原丝类型与克重：采用克重为1400g/m2的沥青基碳纤维软毡、克重为1300g/m2的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1350g/m2的粘胶基碳纤维软毡；
根据碳纤维硬毡层二的密度ρ2，确定碳纤维软毡二的原丝类型与克重：采用克重为1200g/m2的沥青基碳纤维软毡、克重为1100g/m2的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1150g/m2的粘胶基碳纤维软毡；
根据碳纤维硬毡层三的密度ρ3，确定碳纤维软毡三的原丝类型与克重：采用克重为800g/m2的沥青基碳纤维软毡；
3)以热固性树脂的有机溶剂溶液作为浸渍液，将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三放入浸渍液中进行浸渍处理，浸渍完成后经挤压轮挤压出多余的浸渍液，然后将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三分别放入烘箱中进行烘干脱水处理，完成后分别制得碳纤维预浸料毡一、碳纤维预浸料毡二、碳纤维预浸料毡三；
步骤3)中，所述热固性树脂为酚醛树脂；
步骤3)中，在烘箱中，浸渍后的碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三被温度为80℃的热风吹扫，以用于脱去表面水分；
4)将碳纤维预浸料毡一、碳纤维预浸料毡二、碳纤维预浸料毡三按照从炉腔的中心到炉腔的边缘的顺序摆放，且将碳纤维预浸料毡一的外长宽表面与碳纤维预浸料毡二的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，且将碳纤维预浸料毡二的外长宽表面与碳纤维预浸料毡三的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，完成后制得多层状的半成品A；
步骤4)中，所述粘结剂包括以下质量百分数的组分：苯酚的占比为1wt％，偶联剂的占比为0.5wt％，增稠剂的占比为1wt％，发泡剂的占比为0.5wt％，呋喃树脂的占比为20wt％，酚醛树脂的占比为余量；
所述短纤为沥青基碳化短纤、粘胶基碳化短纤、聚丙烯腈基碳化短纤中的一种或几种，所述短纤的直径为4～10微米且长度为2～4mm；
5)将步骤4)制得的半成品A放在模具内，在热压机内通过热压固化处理变成具有一定尺寸和形状的碳纤维硬毡毛胚；
步骤5)中，热压固化处理中，热压固化温度为230℃，热压固化时间为2小时；
6)在步骤5)制得的碳纤维硬毡毛胚的外表面上涂覆表面处理剂，完成后制得半成品B；
步骤6)中，所述表面处理剂包括以下质量百分数的组分：环氧树脂的占比为8wt％，酚醛树脂的占比为12wt％，60目～200目的炭黑的占比为10wt％，表面活性剂的占比为0.3wt％，增稠剂的占比为1.0wt％，乙醇的占比为余量；
7)将步骤6)制得的半成品B在真空高温炉中烧结，去除原料及生产过程中的各种杂质，并使碳原子的晶格排列更加整齐，烧结完成后制得石墨化的碳纤维硬毡；
步骤7)中，在真空高温炉中的烧结过程中，真空度为≤200Pa，且烧结温度为2400℃～2410℃。
经检测，实施例1制得的石墨化的碳纤维硬毡，在热场温度T1为1600℃＜T1≤2400℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层一的密度ρ1为0.27kg/m3；在热场温度T2为1200℃＜T2≤1600℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层二的密度ρ2为0.17kg/m3；在热场温度T3为600℃＜T3≤1200℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层三的密度ρ3为0.14kg/m3。
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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：
1) 根据炉内的热场的温度梯度，制定目标成品的碳纤维硬毡的厚度方向上的各层的密度；
控制在热场温度T1为1600℃＜T1≤2400℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层一的密度ρ1为0.2 kg/m³≤ρ1≤0.3 kg/m³；
控制在热场温度T2为1200℃＜T2≤1600℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层二的密度ρ2为0.15 kg/m³≤ρ2≤0.2 kg/m³；
控制在热场温度T3为600℃＜T3≤1200℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层三的密度ρ3为0.12 kg/m³≤ρ3≤0.15 kg/m³；
2）根据碳纤维硬毡层一的密度ρ1，确定碳纤维软毡一的原丝类型与克重：采用克重为1200g/m2～1500g/m2的沥青基碳纤维软毡、克重为1200g/m2～1500g/m2的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1200g/m2～1500g/m2的粘胶基碳纤维软毡；
根据碳纤维硬毡层二的密度ρ2，确定碳纤维软毡二的原丝类型与克重：采用克重为1000g/m2～1200g/m2的沥青基碳纤维软毡、克重为1000g/m2～1200g/m2的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1000g/m2～1200g/m2的粘胶基碳纤维软毡；
根据碳纤维硬毡层三的密度ρ3，确定碳纤维软毡三的原丝类型与克重：采用克重为600g/m2～1000g/m2的沥青基碳纤维软毡；
3) 以热固性树脂的有机溶剂溶液作为浸渍液，将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三放入浸渍液中进行浸渍处理，浸渍完成后经挤压轮挤压出多余的浸渍液，然后将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三分别放入烘箱中进行烘干脱水处理，完成后分别制得碳纤维预浸料毡一、碳纤维预浸料毡二、碳纤维预浸料毡三；
4) 将碳纤维预浸料毡一、碳纤维预浸料毡二、碳纤维预浸料毡三按照从炉腔的中心到炉腔的边缘的顺序摆放，且将碳纤维预浸料毡一的外长宽表面与碳纤维预浸料毡二的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，且将碳纤维预浸料毡二的外长宽表面与碳纤维预浸料毡三的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，完成后制得多层状的半成品A；所述粘结剂包括以下质量百分数的组分：苯酚、二甲苯酚、短纤以及炭黑中的一种或几种的占比为0.5wt%～1.5wt%，偶联剂的占比为0.1wt%～1wt%，增稠剂的占比为0.5wt%～1.5wt%，发泡剂的占比为0.1wt%～0.75wt%，呋喃树脂以及环氧树脂中的一种或者两种的占比为10wt%～30wt%，酚醛树脂的占比为余量；
所述短纤为沥青基碳化短纤、粘胶基碳化短纤、聚丙烯腈基碳化短纤中的一种或几种，所述短纤的直径为4～10微米且长度为2～4mm；
5) 将步骤4)制得的半成品A放在模具内，在热压机内通过热压固化处理变成具有一定尺寸和形状的碳纤维硬毡毛胚；
6) 在步骤5)制得的碳纤维硬毡毛胚的外表面上涂覆表面处理剂，完成后制得半成品B；所述表面处理剂包括以下质量百分数的组分：呋喃树脂以及环氧树脂中的一种或者两种的占比为5wt%～10wt%，酚醛树脂的占比为10wt%～15wt%，60目～200目的炭黑的占比为5wt%～15wt%，表面活性剂的占比为0.1wt%～0.5wt%，增稠剂的占比为0.5wt%～1.5wt%，乙醇的占比为余量；
7) 将步骤6)制得的半成品B在真空高温炉中烧结，去除原料及生产过程中的各种杂质，并使碳原子的晶格排列更加整齐，烧结完成后制得石墨化的碳纤维硬毡。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述热固性树脂为呋喃树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，在烘箱中，浸渍后的碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三被温度为80℃的热风吹扫，以用于脱去表面水分。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，热压固化处理中，热压固化温度为220℃～240℃，热压固化时间为2小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤7)中，在真空高温炉中的烧结过程中，真空度为≤200Pa，且烧结温度为2375℃～2425℃。
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