CN111995298B - 一种硅橡胶复合石墨密封材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅橡胶复合石墨密封材料及其制备方法和应用。所述方法包括：(1)提供纤维毡体；(2)将所述纤维毡体进行碳化处理，得到碳化纤维毡体；(3)用乙醇将硅橡胶与柔性石墨混合均匀，得到胶液；(4)将所述碳化纤维毡体铺到模具型腔中，合上模具的阴模和阳模，将所述胶液装入压力罐中，采用所述胶液浸渍所述碳化纤维毡体，得到硅橡胶复合石墨的纤维毡体；(5)将所述硅橡胶复合石墨的纤维毡体进行高温处理，得到硅橡胶复合石墨密封材料。本发明制得的硅橡胶复合石墨密封材料孔隙率小，具有更加优良的压缩强度和压缩模量，热导率和线收缩率较低，可作为一种高弹性的热密封材料，耐受温度可达600℃。

Description

一种硅橡胶复合石墨密封材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于热密封材料技术领域，尤其涉及一种硅橡胶复合石墨密封材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，热密封技术在航天、航空、核电、石化及化工等领域快速化、规模化发展，提出了对各种高性能密封材料的需求。涉及的高温设备存在缝隙和各种漏热部位，如翼面活动部位、冶金炉、煅烧设备等，在这种情况下设备的热泄漏会造成热能耗、设备过热损坏、环境污染等严重后果。
石墨纤维材料是一种新型填料，一般是针刺纤维后，对毡体进行高温碳化，得到的石墨纤维材料，其优异的自润滑性能、耐温性和耐化学品性能引起人们极大的注意，作为压缩填料的弹性和柔软性也良好，但其缺点在于碳纤维空隙较松散导致渗透泄漏严重；高温600℃条件下，石墨纤维材料的抗载荷能力较差，材料结构易遭到破坏，无法满足密封性能要求，需要对材料进行复合改性。
为了保证设备在高温高载环境下正常工作，防止结构局部过热或热流进入损坏设备，硅橡胶复合石墨材料是一种可选择的耐高温、抗腐蚀、低密度、高模量材料，并能够替代传统橡胶密封、树脂密封的密封材料，可广泛应用于尖端科学密封技术研究。目前，现有的研究主要专注于硅橡胶复合石墨材料性能的提升，而由于纤维材料空隙较稀疏，易导致石墨泄露并且在高温600℃下石墨纤维材料的抗载荷能力较差的弊端，未见有采用硅橡胶复合石墨纤维材料作为热密封材料的相关报道。
发明内容
为了解决现有石墨纤维材料性能不足的技术问题，本发明提供了一种硅橡胶复合石墨密封材料及其制备方法和应用。本发明制得的硅橡胶复合石墨密封材料孔隙率小，具有更加优良的压缩强度和压缩模量，热导率和线收缩率较低，可作为一种高弹性的热密封材料，耐受温度可达600℃。
本发明在第一方面提供了一种硅橡胶复合石墨密封材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)提供纤维毡体；
(2)将所述纤维毡体进行碳化处理，得到碳化纤维毡体；
(3)用乙醇将硅橡胶与柔性石墨混合均匀，得到胶液；
(4)将所述碳化纤维毡体铺到模具型腔中，合上模具的阴模和阳模，将所述胶液装入压力罐中，采用所述胶液浸渍所述碳化纤维毡体，得到硅橡胶复合石墨的纤维毡体；
(5)将所述硅橡胶复合石墨的纤维毡体进行高温处理，得到硅橡胶复合石墨密封材料。
优选地，所述方法还包括纤维毡体的制备步骤：将合成纤维剪切为多个纤维单元，然后将多个所述纤维单元经过毛毡机压制成多个毡体单元，再将多个所述毡体单元针刺加工得到所述纤维毡体。
优选地，所述纤维单元的长度为100～300mm；和/或所述毡体单元的厚度为3～10mm。
优选地，所述合成纤维为酚醛基纤维、聚丙烯腈基纤维、粘胶基纤维、沥青基纤维中的一种或多种。
优选地，所述碳化处理的温度为900℃～1700℃；和/或所述高温处理的温度为80℃～100℃。
优选地，在所述胶液中，所述硅橡胶与所述柔性石墨的质量比为(0～0.1):1；和/或在所述胶液中，所述柔性石墨与所述乙醇的质量比为1:20。
优选地，所述压力罐的压力为0.15～0.4MPa。
优选地，在步骤(4)中，采用所述胶液反复浸渍所述碳化纤维毡体直至排出的溶胶中没有气泡为止。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的硅橡胶复合石墨密封材料。
本发明在第三方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的硅橡胶复合石墨密封材料作为热密封材料在高温高压环境下的应用。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明将纤维毡体进行碳化处理，得到了碳化纤维毡体，并采用由硅橡胶为胶基复合石墨得到的胶液浸渍所述碳化纤维毡体，得到了改性纤维毡的硅橡胶复合石墨密封纤维材料，可作为弹性热密封材料应用在高温高压环境下的热密封等领域。
(2)本发明针对现有石墨纤维材料性能不足，克服了碳纤维空隙较松散易导致石墨渗透泄漏严重；高温600℃条件下，石墨纤维材料的抗载荷能力较差，材料结构易遭到破坏，无法满足高温高压热密封性能要求的这一技术偏见，首次制得了硅橡胶复合石墨密封材料(硅橡胶复合石墨密封纤维材料)，本发明制得的硅橡胶复合石墨密封材料孔隙率小，具有更加优良的压缩强度和压缩模量，热导率和线收缩率较低，可作为一种高弹性的热密封材料，可应用于高温高压环境下的热密封等领域，耐受温度达600℃。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
本发明在第一方面提供了一种硅橡胶复合石墨密封材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)提供纤维毡体；
(2)将所述纤维毡体进行碳化处理，得到碳化纤维毡体；在本发明中，以所述纤维毡体作为预制体材料，将纤维毡体置于炭化炉中进行碳化；
(3)用乙醇(分散剂)将硅橡胶与柔性石墨混合均匀，得到胶液；在本发明中，所述柔性石墨例如可以采用市售可膨胀石墨粉；
(4)将所述碳化纤维毡体铺到模具型腔中，合上模具的阴模和阳模，将所述胶液装入压力罐中，采用所述胶液浸渍所述碳化纤维毡体，得到硅橡胶复合石墨的纤维毡体；在本发明中，在采用所述胶液浸渍的过程中例如伴随有硅橡胶室温交联固化过程；在本发明中，优选为采用所述胶液反复浸渍所述碳化纤维毡体；
(5)将所述硅橡胶复合石墨的纤维毡体进行高温处理，得到硅橡胶复合石墨密封材料；在本发明中，例如将得到的所述硅橡胶复合石墨的纤维毡体置于烘箱中进行所述高温处理，以除去溶剂和小分子有机物，从而得到所述硅橡胶复合石墨密封材料；本发明中的硅橡胶复合石墨密封材料是由硅橡胶为胶基复合石墨改性纤维毡体的弹性材料；在本发明中，也将硅橡胶复合石墨密封材料记作硅橡胶复合石墨密封纤维材料或硅橡胶复合石墨热密封材料。
本发明选用柔性石墨、合成纤维、硅橡胶作为原材料；经过纤维模压成毡体；特殊碳化处理；再浸渍复合硅橡胶和石墨，交联固化等过程；最终高温处理，得到硅橡胶复合石墨密封材料成品；本发明制得的硅橡胶复合石墨材料具优良的压缩强度和压缩模量；热导率，线收缩率较低；可作为一种高弹性的热密封材料，耐受温度可达600℃。
本发明将纤维毡体进行碳化处理，得到了碳化纤维毡体，并采用由硅橡胶为胶基复合石墨得到的胶液浸渍所述碳化纤维毡体，得到了改性纤维毡的硅橡胶复合石墨密封材料，可作为弹性热密封材料应用在高温高压环境下的热密封等领域。现有技术一般采用碳化毡体作为密封材料(石墨纤维材料)，本发明是首次采用硅橡胶、石墨、纤维毡体复合得到了一种热密封材料，对碳化毡体(碳化纤维毡体)进行改性。现有技术未复合的碳化毡体耐温性高(可达上千度)，但高温下压缩强度差，本发明复合有硅橡胶和石墨后的碳化毡体压缩强度高，并通过合理控制硅橡胶的用量，避免了硅橡胶由于耐温低而易导致密封材料的耐温性差的问题。
本发明针对现有石墨纤维材料性能不足，克服了碳纤维空隙较松散易导致石墨渗透泄漏严重，高温600℃条件下，石墨纤维材料的抗载荷能力较差，材料结构易遭到破坏，无法满足高温高压热密封性能要求的这一技术偏见，采用由硅橡胶为胶基复合石墨得到的胶液浸渍所述碳化纤维毡体，首次制得了硅橡胶、石墨、碳化纤维毡体复合的具优良的压缩强度和压缩模量，热导率和线收缩率较低的硅橡胶复合石墨热密封材料(硅橡胶复合石墨密封纤维材料)，本发明人发现当采用由硅橡胶为胶基复合石墨得到的胶液进行浸渍时，得到的硅橡胶复合石墨热密封材料中复合的石墨不存在易于从碳化纤维毡体的空隙中泄露的问题；并且本发明制得了在高温下的压缩强度比室温压缩强度还高的硅橡胶复合石墨密封材料，这是预料不到，这可能的原因是高温使硅橡胶和石墨体积膨胀，更多填充了碳化纤维毡体中的缝隙，材料强度变大。
根据一些优选的实施方式，所述方法还包括纤维毡体的制备步骤：将合成纤维剪切为多个纤维单元，然后将多个所述纤维单元经过毛毡机压制成多个毡体单元，再将多个所述毡体单元针刺加工得到所述纤维毡体。
根据一些优选的实施方式，所述纤维单元的长度为100～300mm(例如100、150、200、250或300mm)；和/或所述毡体单元的厚度为3～10mm(例如3、4、5、6、7、8、9或10mm)。
根据一些优选的实施方式，所述合成纤维为酚醛基纤维、聚丙烯腈基纤维、粘胶基纤维、沥青基纤维中的一种或多种。在本发明中，采用合成纤维制成纤维毡体后，经过碳化，纤维毡体失去有机性能，碳化形成含有无机碳纤维的碳化纤维毡体。
根据一些优选的实施方式，所述碳化处理的温度为900℃～1700℃(例如900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃、1550℃、1600℃、1650℃或1700℃)。在本发明中，所述碳化处理在惰性气氛中进行，除去大量的的氢、氧、氮等非碳元素改变纤维结构，形成碳纤维。在本发明中，优选为所述合成纤维为聚丙烯腈基纤维，碳化处理的温度为1500℃，碳化处理的时间为12h。
根据一些优选的实施方式，在所述胶液中，所述硅橡胶与所述柔性石墨的质量比为(0～0.1):1(例如0.005:1、0.025:1、0.05:1、0.08:1或0.1:1)优选为(0.025～0.1):1(例如0.025:1、0.05:1或0.1:1)更优选为(0.05～0.1):1。在本发明中，需要合理控制所述硅橡胶的用量，优选为所述硅橡胶与所述柔性石墨的质量比为(0.025～0.1):1，硅橡胶耐温低，如果硅橡胶含量过高会降低材料使用温度，并且硅橡胶比例增大会析出。
根据一些优选的实施方式，在所述胶液中，所述柔性石墨与所述乙醇的质量比为1:20。
根据一些更优选的实施方式，在所述胶液中，所述硅橡胶、所述柔性石墨与所述乙醇的质量比为(0～0.1):1:20优选为(0.025～0.1):1:20更优选为(0.05～0.1):1:20。
根据一些优选的实施方式，所述压力罐的压力为0.15～0.4MPa(例如0.15、0.2、0.25、0.3、0.35或0.4MPa)。在本发明中，优选为所述压力罐的压力为0.15～0.4MPa，如果压力过小，所述胶液浸渍不进去，如果压力过大，会导致浸渍不充分。
根据一些优选的实施方式，所述高温处理的温度为80℃～100℃(例如80℃、85℃、90℃、95℃或100℃)。
根据一些优选的实施方式，在步骤(4)中，采用所述胶液反复浸渍(多次浸渍)所述碳化纤维毡体直至排出的溶胶中没有气泡为止。
根据一些具体的实施方式，所述硅橡胶复合石墨密封材料的制备包括如下步骤：
①纤维毡体成型：将选定的合成纤维剪切为若干的纤维单元，经过毛毡机压制成若干毡体单元，之后针刺加工得到纤维毡体；所述合成纤维为酚醛基纤维、聚丙烯腈基纤维、黏胶基纤维、沥青基纤维中的一种或多种；所述纤维单元长度为100mm～300mm；所述毡体单元厚度为3mm～10mm。
②碳化处理：以步骤①得到的纤维毡体作为预制体材料，将纤维毡体置于炭化炉中碳化；所述碳化处理温度为900℃～1700℃。
③配制胶液：按照硅橡胶使用要求进行安全操作(硅橡胶在通风厨操作)，将硅橡胶组分和柔性石墨按比例配制成胶液；所述硅橡胶组分与柔性石墨质量比为0％、2.5％、5％、10％。
④复合硅橡胶：将碳化处理后的纤维毡体(碳化纤维毡体)铺到模具型腔中，合上阴模和阳模(阴阳模)，把配制好的胶液装入压力罐中，打开气源缓慢加压，再打开进胶阀并保持出胶阀的关闭状态，开始浸渍胶液；一段时间后，开启出胶阀开始排胶；然后把排出溶胶倒入压力罐中，如此反复，直到排出的溶胶中没有气泡为止，停止进胶，并静置一段时间，得到硅橡胶复合石墨的纤维毡体；所述压力罐中的压力为0.15MPa～0.4MPa。
⑤高温处理：将得到的硅橡胶复合石墨的纤维毡体置于烘箱中高温处理，除去溶剂和小分子有机物，得到成品(硅橡胶复合石墨密封材料)；所述高温处理的温度为80℃～100℃。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的硅橡胶复合石墨密封材料。本发明制得的硅橡胶复合石墨密封材料热导率和线收缩率较低，在600℃下仍具有优良的压缩强度，可作为一种高弹性的热密封材料，满足高温高压热密封性能要求，可应用于高温(例如高温600℃)高压环境下的热密封等领域。
本发明在第三方面提供了由本发明在第一方面所述的制备方法制得的硅橡胶复合石墨密封材料作为热密封材料在高温高压环境下的应用。
下文将通过举例的方式对本发明进行进一步的说明，但是本发明的保护范围不限于这些实施例。
实施例1
①纤维毡体成型：将聚丙烯腈基纤维剪切为200mm长的纤维线(纤维单元)，经过毛毡机压制成厚度为5mm厚的毡体单元，之后针刺加工得到15mm厚度的纤维毡体。
②碳化处理：以针刺得到的纤维毡体作为预制体，将纤维毡体置于温度为1500℃的炭化炉中碳化12h，得到碳化纤维毡体。
③配制胶液：在通风橱中配制胶液，用乙醇将硅橡胶组分和柔性石墨按比例0％配制成胶液，即不放入硅橡胶组分，只加入柔性石墨和分散剂乙醇，柔性石墨与乙醇的质量比为1:20。
④复合硅橡胶：将碳化处理后的纤维毡体(碳化纤维毡体)铺到模具型腔中，合上阴模和阳模，把配制好的胶液装入压力罐中，打开气源缓慢加压，保持压力罐压力为0.3MPa，再打开进胶阀并保持出胶阀的关闭状态，开始浸渍胶液；一段时间后，开启出胶阀开始排胶；然后把排出溶胶倒入压力罐中，如此反复，直到排出的溶胶中没有气泡为止，停止进胶，并静置一段时间，得到硅橡胶复合石墨的纤维毡体。
⑤高温处理：将得到的硅橡胶复合石墨的纤维毡体置于烘箱中80℃处理12h，制得硅橡胶复合石墨密封材料。
本实施例制得的硅橡胶复合石墨密封材料压缩耐温400℃，密度0.148g/cm3，室温热导率0.296W/m·K，400℃线收缩率0.35％，600℃压缩条件下，密封材料结构被破坏，无法测试压缩强度，无法满足高温高压热密封性能要求。
实施例2
①纤维毡体成型：将聚丙烯腈基纤维剪切为200mm长的纤维线(纤维单元)，经过毛毡机压制成厚度为5mm厚的毡体单元，之后针刺加工得到15mm厚度的纤维毡体。
②碳化处理：以针刺得到的纤维毡体作为预制体，将纤维毡体置于温度为1500℃的炭化炉中碳化12h，得到碳化纤维毡体。
③配制胶液：在通风橱中配制胶液，用乙醇将硅橡胶组分和柔性石墨按比例2.5％(硅橡胶与柔性石墨的质量比为0.025:1)配制成胶液，硅橡胶、柔性石墨与乙醇的质量比为0.025:1:20。
④复合硅橡胶：将碳化处理后的纤维毡体(碳化纤维毡体)铺到模具型腔中，合上阴模和阳模，把配制好的胶液装入压力罐中，打开气源缓慢加压，保持压力罐压力为0.3MPa，再打开进胶阀并保持出胶阀的关闭状态，开始浸渍胶液；一段时间后，开启出胶阀开始排胶；然后把排出溶胶倒入压力罐中，如此反复，直到排出的溶胶中没有气泡为止，停止进胶，并静置一段时间，得到硅橡胶复合石墨的纤维毡体。
⑤高温处理：将得到的硅橡胶复合石墨的纤维毡体置于烘箱中80℃处理12h，制得硅橡胶复合石墨密封材料。
本实施例制得的硅橡胶复合石墨密封材料压缩耐温600℃，密度0.169g/cm3，室温热导率0.285W/m·K，400℃线收缩率0.28％，600℃压缩条件下，密封材料可压缩至50％，具有较低的压缩强度。
实施例3
①纤维毡体成型：将聚丙烯腈基纤维剪切为200mm长的纤维线(纤维单元)，经过毛毡机压制成厚度为5mm厚的毡体单元，之后针刺加工得到15mm厚度的纤维毡体。
②碳化处理：以针刺得到的纤维毡体作为预制体，将纤维毡体置于温度为1500℃的炭化炉中碳化12h，得到碳化纤维毡体。
③配制胶液：在通风橱中配制胶液，用乙醇将硅橡胶组分和柔性石墨按比例5％(硅橡胶与柔性石墨的质量比为0.05:1)配制成胶液，硅橡胶、柔性石墨与乙醇的质量比为0.05:1:20。
④复合硅橡胶：将碳化处理后的纤维毡体(碳化纤维毡体)铺到模具型腔中，合上阴模和阳模，把配制好的胶液装入压力罐中，打开气源缓慢加压，保持压力罐压力为0.3MPa，再打开进胶阀并保持出胶阀的关闭状态，开始浸渍胶液；一段时间后，开启出胶阀开始排胶；然后把排出溶胶倒入压力罐中，如此反复，直到排出的溶胶中没有气泡为止，停止进胶，并静置一段时间，得到硅橡胶复合石墨的纤维毡体。
⑤高温处理：将得到的硅橡胶复合石墨的纤维毡体置于烘箱中80℃处理12h，制得硅橡胶复合石墨密封材料。
本实施例制得的硅橡胶复合石墨密封材料压缩耐温600℃，密度0.189g/cm3，室温热导率0.247W/m·K，400℃线收缩率0.15％，600℃压缩条件下，密封材料可压缩至50％，具有中等的压缩强度。
实施例4
①纤维毡体成型：将聚丙烯腈基纤维剪切为200mm长的纤维线(纤维单元)，经过毛毡机压制成厚度为5mm厚的毡体单元，之后针刺加工得到15mm厚度的纤维毡体。
②碳化处理：以针刺得到的纤维毡体作为预制体，将纤维毡体置于温度为1500℃的炭化炉中碳化12h，得到碳化纤维毡体。
③配制胶液：在通风橱中配制胶液，用乙醇将硅橡胶组分和柔性石墨按比例10％(硅橡胶与柔性石墨的质量比为0.1:1)配制成胶液，硅橡胶、柔性石墨与乙醇的质量比为0.1:1:20。
④复合硅橡胶：将碳化处理后的纤维毡体(碳化纤维毡体)铺到模具型腔中，合上阴模和阳模，把配制好的胶液装入压力罐中，打开气源缓慢加压，保持压力罐压力为0.3MPa，再打开进胶阀并保持出胶阀的关闭状态，开始浸渍胶液；一段时间后，开启出胶阀开始排胶；然后把排出溶胶倒入压力罐中，如此反复，直到排出的溶胶中没有气泡为止，停止进胶，并静置一段时间，得到硅橡胶复合石墨的纤维毡体。
⑤高温处理：将得到的硅橡胶复合石墨的纤维毡体置于烘箱中80℃处理12h，制得硅橡胶复合石墨密封材料。
本实施例制得的硅橡胶复合石墨密封材料压缩耐温600℃，密度0.233g/cm3，室温热导率0.252W/m·K，400℃线收缩率0.15％，600℃压缩条件下，密封材料可压缩至50％，具有较高的压缩强度。
本发明实施例3和实施例4制得的硅橡胶复合石墨密封材料满足高温下的压缩强度，满足高温高压热密封性能要求。
实施例5
实施例5与实施例4基本相同，不同之处在于：在步骤③中，配制胶液：在通风橱中配制胶液，用乙醇将硅橡胶组分和柔性石墨按比例15％(硅橡胶与柔性石墨的质量比为0.15:1)配制成胶液，硅橡胶、柔性石墨与乙醇的质量比为0.15:1:20。
本实施例中硅橡胶比例过大，在制备过程中出现了硅橡胶析出碳化纤维毡体的现象。
实施例6
实施例6与实施例4基本相同，不同之处在于：不包括步骤②的碳化处理，即直接将步骤①得到的纤维毡体铺到模具型腔中，采用实施例4配制的相同胶液进行反复浸渍进行复合硅橡胶和高温处理的步骤，最终得到硅橡胶复合石墨纤维材料。
本实施例中采用不碳化的纤维毡体制得的硅橡胶复合石墨纤维材料不是高温密封材料，其在200℃就软化分解了。
表1：实施例1～4制得的材料的性能对比表。
Figure BDA0002649317200000111
Figure BDA0002649317200000121
由表1的结果可知，本发明制得了在高温下的压缩强度比室温压缩强度还高的硅橡胶复合石墨密封材料，这是预料不到，这可能的原因是高温使硅橡胶和石墨体积膨胀，更多填充了碳化纤维毡体中的缝隙，材料强度变大。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种硅橡胶复合石墨密封材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)提供纤维毡体；
(2)将所述纤维毡体进行碳化处理，得到碳化纤维毡体；
(3)用乙醇将硅橡胶与柔性石墨混合均匀，得到胶液；所述硅橡胶、所述柔性石墨与所述乙醇的质量比为(0.05～0.1):1:20；
(4)将所述碳化纤维毡体铺到模具型腔中，合上模具的阴模和阳模，将所述胶液装入压力罐中，采用所述胶液浸渍所述碳化纤维毡体，得到硅橡胶复合石墨的纤维毡体；
(5)将所述硅橡胶复合石墨的纤维毡体进行高温处理，得到硅橡胶复合石墨密封材料；所述硅橡胶复合石墨密封材料在高温下的压缩强度高于在室温下的压缩强度。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括纤维毡体的制备步骤：将合成纤维剪切为多个纤维单元，然后将多个所述纤维单元经过毛毡机压制成多个毡体单元，再将多个所述毡体单元针刺加工得到所述纤维毡体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述纤维单元的长度为100～300mm；和/或
所述毡体单元的厚度为3～10mm。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：
所述合成纤维为酚醛基纤维、聚丙烯腈基纤维、粘胶基纤维、沥青基纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于：
所述碳化处理的温度为900℃～1700℃；和/或
所述高温处理的温度为80℃～100℃。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于：
所述压力罐的压力为0.15～0.4MPa。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于：
在步骤(4)中，采用所述胶液反复浸渍所述碳化纤维毡体直至排出的溶胶中没有气泡为止。
8.由权利要求1至7中任一项所述的制备方法制得的硅橡胶复合石墨密封材料。
9.由权利要求1至7中任一项所述的制备方法制得的硅橡胶复合石墨密封材料作为热密封材料在高温高压环境下的应用。
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CN101565625B (zh) * 2009-05-26 2012-07-04 武汉理工大学 硅橡胶防火密封材料及其制备方法
CN101984183B (zh) * 2010-09-29 2012-11-14 浙江国泰密封材料股份有限公司 一种编织填料用高性能浸渍剂及工艺方法
CN103993474B (zh) * 2014-04-23 2016-05-11 大连理工高邮研究院有限公司 一种硬质碳纤维毡表面碳化硅涂层的制备方法
CN104178935A (zh) * 2014-08-15 2014-12-03 上海电气钠硫储能技术有限公司 一种钠硫电池用石墨碳纤维毡及制备方法
CN106496927B (zh) * 2016-11-03 2021-10-01 华东理工大学 一种低密度烧蚀隔热型复合材料及其制备方法
CN109517389B (zh) * 2018-11-22 2021-09-24 航天特种材料及工艺技术研究所 一种可裁剪耐高温柔性隔热密封材料及其制备方法
CN109517388B (zh) * 2018-11-22 2022-01-07 航天特种材料及工艺技术研究所 一种耐高温韧性密封材料及其制备方法
CN110626010A (zh) * 2019-08-01 2019-12-31 天津工业大学 一种活性炭纤维毡及其制备方法和应用

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