CN112522857A - 高厚度硬毡的制备方法 - Google Patents

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Abstract

该发明公开了一种高厚度硬毡的制备方法，包括：S1：选取有机纤维：S2：对有机纤维进行非织造加工，将有机纤维制成高厚度预制体：S3：将高厚度预制体进行碳化和石墨化获取厚度为40mm以上的高厚度软毡；S4：将高厚度软毡在粘结剂溶液中进行浸渍，烘干固化后进行再次碳化和石墨化以制备高厚度硬毡。根据本发明实施例的高厚度硬毡的制备方法，不仅能够简化加工步骤，避免利用复合工艺将2层及2层以上软毡制成硬毡或固化毡固有的层与层之间脱落的风险，也因为消除层间脱落潜在的风险而不得不使用大量粘合剂导致的高密度和高热导率，使得最终产品密度更低，导热系数也更低，提高了硬毡的保温效果，而且各个区域的特性和热导率分布更加均匀。

Description

高厚度硬毡的制备方法
技术领域
本发明涉及保温隔热材料制备技术领域，具体涉及一种高厚度硬毡的制备方法。
背景技术
现有技术中硬毡是指碳纤维以及树脂经过碳化和石墨化后形成的颗粒一起构成的有一定强度和固定形状的一种保温材料。相关技术的制备硬毡的方法大多由厚度为10mm左右的较薄的软毡通过叠加然后固化形成，或者通过将已经碳化或再经过石墨化的纤维和酚醛树脂溶液混合的浆料在模具中通过充分搅拌形成大块材料，然后通过烘干去除水分等工艺制成大块物料后再进行碳化石墨化后进行切割以制成高厚度(例如厚度为40mm-60mm)的硬毡。但是此两种方法制备的硬毡存在结构不稳定且费料，成本较高的问题。具体地，采用厚度为10mm左右厚度的软毡复合形成制备硬毡的方法中，多层软毡粘接可能会分层脱落，而且层和层粘接有时需要人工再刷胶，加工过程工作量大；而采用碳纤维直接和酚醛树脂混合形成大块料制备硬毡的方法中，由于容易出现搅拌不均匀，导致大块物料里容易出现各处密度不均匀以及由此导致的导热系数不一致的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高厚度硬毡的制备方法，加工步骤少且制备的高厚度硬毡结构稳定，性能高，也能够减少耗材，成本低。
根据本发明实施例的高厚度硬毡的制备方法，包括：S1：选取有机纤维：S2：对所述有机纤维进行非织造加工，将所述有机纤维制成高厚度预制体；S3：将所述高厚度预制体进行碳化和石墨化获取厚度为40mm以上的高厚度软毡；S4：将所述高厚度软毡在粘结剂溶液中进行浸渍，烘干固化后进行再次碳化和石墨化以制备高厚度硬毡。
根据本发明实施例的高厚度硬毡的制备方法，通过制备高厚度预制体以制成40mm～60mm高厚度软毡，通过高厚度软毡从而制备常用高厚度硬毡，这样，通过针刺等非织造技术直接制备高厚度预制体来制备高厚度硬毡，相比现有技术采用一般的10mm软毡层叠加工制备，从而不需要将软毡层叠一起后加工制备，简化了加工步骤，减少了加工周期，避免利用复合工艺将2层及2层以上软毡制成硬毡或固化毡固有的层与层之间脱落的风险，同时也因为消除层间脱落潜在的风险而不得不使用大量树脂等粘合剂导致的高密度和高热导率，使得最终产品密度更低，导热系数也更低，提高了硬毡的保温效果，而且各个区域特性和热导率分布更加均匀。
而且相比将浆料倒入模具进行搅拌，本发明实施例的高厚度硬毡方法，通过将有机纤维制成高厚度预制体，从而使得纤维分布更加均匀，使得形成的高厚度硬毡各个区域特性和热导率分布更加均匀，而且不易产生大块料加工时因为体积太大而产生废气排出不顺畅、内部温度分布不均匀产生的热加工质量不佳导致的开裂以及材料的一致性差的问题，提高了高厚度硬毡的合格率。
根据本发明的一些实施例，所述高厚度软毡的厚度为40mm～80mm。
根据本发明的一些实施例，在选取所述有机纤维之后，在对所述有机纤维进行非织造加工之前，执行以下步骤：将所述有机纤维开松成蓬松的单根纤维或纤维束。
可选地，在对所述有机纤维进行非织造加工，将所述有机纤维制成高厚度预制体的步骤中，包括以下步骤：
S201：将所述开松后的有机纤维梳理成网并铺成纤维网，预制成网胎；
S202：将所述网胎叠加并对所述叠加的网胎进行反复针刺制成高厚度预制体。
根据本发明的一些实施例，所述粘结剂溶液为树脂溶液。
可选地，所述树脂溶液为酚醛树脂溶液。
根据本发明的一些实施例，在所述步骤S3中，在所述步骤S3中，对所述高厚度软毡进行碳化的碳化温度为300℃～1000℃。
附图说明
图1是根据本发明实施例的高厚度硬毡制作方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种高厚度硬毡的制备方法作进一步详细说明。
如背景技术所述，现有技术制备的硬毡存在结构不稳定如容易开裂以及分布不均匀、成本高且费料等问题。
现有技术的硬毡制作方法，主要包括两种：固化毡和直接硬毡法，其中固化毡法：通过先制成碳纤维软毡，再将软毡依靠粘结剂进行固化，然后经过碳化、石墨化制成。具体地，将软毡一层一层叠起来，用工装夹具固定，在粘结剂溶液中浸渍，层间涂抹也可以不涂抹胶水，使整个层叠的数层软毡得到充分浸润，然后在烘箱内烘干，再进行碳化和石墨化，最后得到常用的厚的固化毡。由于现有技术中的常用软毡厚度为10mm，且厚度小的软毡制备相对简单，因此硬毡的制备厂家大多采用常用10mm软毡来制成硬毡。
直接硬毡法：将已经碳化或进一步石墨化过的纤维树脂浆料放在大尺寸的模具中，进行搅拌，使得纤维和树脂溶液充分搅拌，将模具放入烘箱内烘干、去除水分，然后将烘干后的物料再进行碳化和石墨化，得到加工后的大尺寸、通常300mm～400mm厚的物料后，利用线锯法或其它切割方法将材料切割成一片片40mm～60mm厚度的材料。
对于上述两种方法，对于固化毡法，需要将多层软毡层叠在一起进行浸渍烘干，使得加工步骤较长，而且该方法形成的硬毡在使用中容易发生层和层之间的脱开，为了避免层与层之间的脱开，通常在浸渍时采用提高粘结剂溶液的浓度的方法，但是由此也导致了硬毡密度和热导率的提高，直接影响硬毡的保温效果。
对于直接硬毡法而言，发明人研究发现，在一次性加工很厚的块料，硬毡浸渍粘结剂溶液的状态下时，其中的纤维分布不均匀，容易导致最终形成的硬毡的各个区域的特性、尤其是热导率的均匀性很低。而且厚的块料在热加工过程中，由于内部加热不一致以及废气排出不顺利也容易导致块料内部产生气体和发生开裂，影响产品合格率。
基于以上研究发现，本发明提出了一种高厚度的硬毡制备方法，下面参考附图描述根据本发明实施例的高厚度的硬毡制备方法。
如图1所示，根据本发明实施例的高厚度的硬毡制备方法主要包括：S1：选取有机纤维：S2：对有机纤维进行非织造加工，将有机纤维制成高厚度预制体：S3：将高厚度预制体进行碳化和石墨化获取厚度为40mm以上的高厚度软毡；S4：将高厚度软毡在树脂或粘结剂溶液中进行浸渍，烘干固化后进行再次碳化和石墨化以制备高厚度硬毡。
在步骤S1中，选取有机纤维。对于有机纤维的长度和种类，可以根据实际需要选择。例如可选取长度为40mm～100mm的短有机纤维，从而便于有机纤维的编织。可选地，对于有机纤维的种类而言，可选用的有机纤维可以为聚丙烯腈基纤维、沥青基纤维、黏胶基纤维等。
在步骤S2中，对有机纤维进行非织造加工，将有机纤维制成高厚度预制体；具体地可采用针刺法将有机纤维编织成高厚度的预制体。其中在选取有机纤维之后，在对有机纤维进行非织造加工之前，执行以下步骤：将有机纤维开松成蓬松的单根纤维或纤维束，由此从而便于有机纤维的非织造加工。
进一步地，再对有机纤维进行非织造加工，将有机纤维制成高厚度预制体步骤中，包括以下步骤：S201：将开松后的有机纤维梳理成网并铺成纤维网，预制成网胎；S202：将网胎叠加，采用针刺设备对叠加的网胎进行反复针刺制成高厚度预制体。
具体地，按配比选取一定长度的短有机纤维，经开松设备开松成蓬松的有机纤维，然后将开松好的有机纤维经气流梳理成网，再利用针刺形成密度较高的单层网，再利用铺网机铺成纤维网，预制成网胎，将获得的网胎依次循环叠加，然后通过针刺设备对叠加的网胎进行反复针刺制成预制体。
其中可将多层的网胎纵向针刺复合起来，这样复合的强度要远高于现有固化毡法中的软毡依靠胶水或粘结剂获得的复合强度，而且通过编织高厚度预制体形成高厚度硬毡，也可大大降低胶水和粘结剂的用量，降低成本，减少浪费。
在步骤S3中：将高厚度预制体进行碳化和石墨化获取厚度为40mm以上的高厚度软毡；例如，获取的高厚度软毡的厚度可以为40mm～60mm，常用的硬毡厚度一般为40mm～60mm，由此将预制体制成厚度为40mm以上的高厚度软毡以制备厚度为40mm～60mm的硬毡，从而不需要对软毡进行层叠再加工，可简化硬毡的制备步骤，而且通过将有机纤维编织成一个整体的高厚度预制体，也能够使得形成高厚度硬毡纤维分布更加均匀且不易脱开，以提高硬毡的性能。其中对高厚度预制体进行碳化的温度可以为不高于1,000℃，碳化加热时间可以为0h-12h，石墨化的温度可以为1500℃-2300℃，例如可以为1700℃、1900℃、2000℃、2200℃左右等。石墨化加热时间可以为0h-30h，例如石墨化加热时间可以为10h、15h、20h、25h等。对于高厚度预制体的具体石墨化和碳化的加热时间可根据实际碳化炉的大小、装炉量以及高厚度预制体的厚度进行选择，本发明可不作具体限定。
可选地，获取的高厚度软毡的厚度可以为40mm以上，进一步地，获取的高厚度软毡的厚度可以为40mm-80mm，例如高厚度软毡的厚度可以为50mm、60mm或者70mm等。高厚度软毡通过和树脂溶液浸渍混合后进行固化，碳化和石墨化后获取高厚度硬毡。对于高厚度预制体的厚度而言，高厚度预制体的厚度可以为40mm～80mm，高厚度预制体通过碳化石墨化工艺后形成高厚度软毡，高厚度预制体经过碳化石墨化后，尺寸会收缩，通过将预制体厚度设置为40mm-80mm，从而能够更容易获取厚度为40mm～60mm的高厚度硬毡。
在步骤S2中，对于高厚度预制体的厚度而言，高厚度预制体在经过碳化石墨化后能够形成厚度为40mm以上的高厚度软毡即可，例如，有机纤维制成后形成的高厚度预制体的厚度大于获取的高厚度软毡的厚度，以便于能够获取常用的高厚度硬毡。可选地，高厚度预制体的厚度可以为40mm以上，进一步地，高厚度预制体的厚度可以70mm-80mm，由此不仅能够使得制成的高厚度软毡的厚度能够满足达到为40mm以上的需要，也可避免由于高厚度预制体的厚度过小而无法制成需要的高厚度软毡，也能够避免高厚度预制体厚度过大而导致制成的高厚度软毡厚度过大需要切割，造成材料浪费。高厚度预制体的厚度大小可根据实际需要制备的高厚度硬毡的厚度需要进行选择和制备。
S4：将高厚度软毡在粘结剂溶液中进行浸渍，烘干固化后进行再次碳化和石墨化以制备高厚度硬毡。其中，对于粘结剂而言，粘结剂溶液可以为树脂溶液例如酚醛树脂溶液。对于浸渍时间而言，高厚度软毡在粘结剂溶液中的浸渍时间为1h～10h，例如可以为2h、4h、6h或者8h等等，具体可根据高厚度软毡的实际厚度设定。从而使得高厚度软毡能够在粘结剂溶液中进行充分浸润，进而使得获得的高厚度硬毡结构更加稳定且强度更高，需要说明的是，浸渍时间也可根据实际情况进行选择和调整，例如当高厚度软毡厚度和体积小时可相对减小浸渍时间，当高厚度软厚度和体积大时可相对增加高厚度软毡的浸渍时间。
进一步地，对高厚度软毡的碳化和石墨化，高厚度软毡可在1000℃以下进行碳化。例如对高度软毡进行碳化的碳化温度可以为300℃～1000℃，具体碳化时间和具体碳化温度可根据碳化炉的大小以及碳化炉的装炉量进行具体设定，再经过1500℃～2300℃的石墨化进行17h-20h以制备高厚度硬毡，具体可根据具体的石墨化温度和时间，视石墨化炉情况和装炉量确定。由此使得高厚度软毡能够充分碳化。其中高厚度软毡可置于高温炉中进行碳化。
由此根据本发明实施例的高厚度硬毡的制备方法，通过制备高厚度预制体以制成40mm～60mm高厚度软毡，通过高厚度软毡从而制备常用高厚度硬毡，这样，通过直接制备高厚度预制体来制备高厚度硬毡，相比现有技术采用一般的10mm软毡层叠加工制备，从而不需要将软毡层叠一起后加工制备，简化了加工步骤，减少了加工周期，避免利用复合工艺将2层及2层以上软毡制成硬毡或固化毡固有的层与层之间脱落的风险，同时也因为消除层间脱落潜在的风险而不得不使用大量树脂等粘合剂导致的高密度和高热导率，使得最终产品密度更低，导热系数也更低，提高了硬毡的保温效果，而且各个区域特性和热导率分布更加均匀。
而且相比将浆料倒入模具进行搅拌，本发明实施例的高厚度硬毡方法，通过将有机纤维制成高厚度预制体，从而使得纤维分布更加均匀，使得形成的高厚度硬毡各个区域特性和热导率分布更加均匀，而且不易产生开裂，提高了高厚度硬毡的合格率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高厚度硬毡的制备方法，其特征在于，包括：
S1：选取有机纤维：
S2：对所述有机纤维进行非织造加工，将所述有机纤维制成高厚度预制体；
S3：将所述高厚度预制体进行碳化和石墨化获取厚度为40mm以上的高厚度软毡；
S4：将所述高厚度软毡在粘结剂溶液中进行浸渍，烘干固化后进行再次碳化和石墨化以制备高厚度硬毡。
2.根据权利要求1所述的高厚度硬毡的制备方法，其特征在于，所述高厚度软毡的厚度为40mm～80mm。
3.根据权利要求1所述的高厚度硬毡的制备方法，其特征在于，在选取所述有机纤维之后，在对所述有机纤维进行非织造加工之前，执行以下步骤：将所述有机纤维开松成蓬松的单根纤维或纤维束。
4.根据权利要求1所述的高厚度硬毡的制备方法，其特征在于，在对所述有机纤维进行非织造加工，将所述有机纤维制成高厚度预制体的步骤中，包括以下步骤：
S201：将所述开松后的有机纤维梳理成网并铺成纤维网，预制成网胎；
S202：将所述网胎叠加并对所述叠加的网胎进行反复针刺制成高厚度预制体。
5.根据权利要求1所述的高厚度硬毡的制备方法，其特征在于，所述粘结剂溶液为树脂溶液。
6.根据权利要求5所述的高厚度硬毡的制备方法，其特征在于，所述树脂溶液为酚醛树脂溶液。
7.根据权利要求1所述的高厚度硬毡的制备方法，其特征在于，在所述步骤S3中，对所述高厚度软毡进行碳化的碳化温度为300℃～1000℃。
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