CN115891384B - 一种碳毡制造工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳毡制造工艺及设备，所述碳毡制造工艺包括以下步骤：S1：将硬碳毡浸泡在去离子水中常温浸泡，浸泡完成的碳毡超声震荡；S2：碳毡进行干燥处理；S3：将酚醛树脂与丙酮溶剂混合，搅拌均匀，取石墨烯材料混合至酚醛树脂与丙酮混合溶液中，制成混合溶剂；S4：碳毡浸入混合溶剂内；S5：将碳毡的上下表面均覆盖一层软碳毡，制成组合件；S6：将组合件置于碳毡制造设备中进行热压固化；S7：将固化后的组合件置于炭化炉中，在氮气保护下进行炭化，得到硬质保温碳毡。采用本发明制成的碳毡具有密度小、导热系数小、碳含量高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳毡制造工艺及设备，属于碳毡加工技术领域。
背景技术
在授权公告号为CN103979994B、授权公告日为2015.05.20的中国发明专利中公开了一种硬质保温碳毡的制备方法，该方法为：一、制备胶液；二、将聚酯薄膜平铺于工作平台上，然后将石墨纸铺设于聚酯薄膜上；三、将若干软碳毡逐层铺设于石墨纸上方；四、在最上层软碳毡上铺设石墨纸和聚酯薄膜，得到组合件；五、将组合件置于热压机中进行热压固化；六、去除组合件的聚酯薄膜，然后置于炭化炉中，在氮气保护下进行炭化，得到硬质保温碳毡。
该发明虽然在一定程度上解决了背景技术中的传统碳毡存在的使用温度低、污染大、高温变脆、使用寿命短、热场不稳定等缺陷，但是该发明存在以下问题：将各级材料逐级铺设，通过热压固定成形，各层材料之间难以融合，粘接强度低，在高温环境下使用时容易开裂、分层，粘接过程中使用了大量的粘结剂，导致产品的密度过高，热压过程复杂，常规热压装置难以实现多层热压，造成能量浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种碳毡制造工艺及设备，本发明中碳毡在加工前进行清洗，使用酚醛树脂、丙酮和石墨烯材料制成混合溶剂，通过浸泡的方式使得碳毡充分吸收混合溶剂，再通过碳毡制造设备采用热压的方式连接硬碳毡和软碳毡，经清洗后的碳毡更易吸收混合溶剂，减小了碳毡的层级，通过连接软碳毡，可以减小混合溶剂的材料的损失，制成的碳毡具有密度小、导热系数小、碳含量高的优点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳毡制造工艺，它包括以下步骤：
S1：将硬碳毡浸泡在去离子水中常温浸泡2-3 h，浸泡完成的碳毡超声震荡0.5-1.5 h；
S2：经步骤S1处理后的碳毡进行干燥处理；
S3：将酚醛树脂与丙酮溶剂混合，搅拌均匀，取石墨烯材料混合至酚醛树脂与丙酮混合溶液中，制成混合溶剂；
S4：经步骤S2干燥处理后的碳毡浸入步骤S3中的混合溶剂内，浸入10-25次，每次浸入后沉积石墨烯的时间为2-5s；
S5：将步骤S4中得到的碳毡的上下表面均覆盖一层软碳毡，覆盖前，在步骤S4中得到的碳毡的表面涂覆一层混合溶剂，再将软碳毡铺设到混合溶剂上，制成组合件；
S6：将步骤S5中制成的组合件置于碳毡制造设备中进行热压固化；
S7：将步骤S6中固化后的组合件置于炭化炉中，在氮气保护下进行炭化，得到硬质保温碳毡。
优选的，所述步骤S3中酚醛树脂、丙酮和石墨烯的质量比为5-10:1:3-4。
优选的，所述软碳毡的厚度为硬碳毡厚度的一半。
本发明还提供了一种应用于上述碳毡制造工艺的碳毡制造设备，它包括保温箱体以及设置在保温箱体内部的热压组件和上下料组件。
优选的，所述保温箱体的左右两内侧壁对称设置有滑槽，滑槽包括纵向槽及多个相互平行的横向槽，横向槽的后端与纵向槽连通，且横向槽内设置有第一复位弹簧，保温箱体内腔底部的左右两侧分别固连有驱动箱体，驱动箱体内固定有第一驱动电机和第二驱动电机，第二驱动电机的输出端固定有驱动齿轮，驱动齿轮与上下料组件连接，第一驱动电机的输出端与热压组件连接。
优选的，所述热压组件包括热压板、两伸缩架和两第一螺纹杆，两第一螺纹杆的一端通过轴承座与保温箱体转动连接、另一端与第一驱动电机的输出端固定连接，两伸缩架的底部两端分别与第一螺纹杆螺纹连接，两伸缩架的顶部两端分别固连有延伸杆，热压板的左右两侧与延伸杆连接。
优选的，所述热压板的左右两侧对称开设有限位槽，限位槽与延伸杆滑动连接，热压板中左右两侧的后端固连有限位杆，限位杆与横向槽滑动连接，热压板的内部内嵌有加热板。
优选的，所述上下料组件包括限位套、横向移动杆和挤压组件，限位套的下端与驱动箱体的上端固定连接，限位套的内部设置有第二螺纹杆，第二螺纹杆的两端通过轴承与限位套转动连接，第二螺纹杆的下端贯穿驱动箱体，且第二螺纹杆置于驱动箱体内部的一端固连有传动齿轮，传动齿轮与驱动齿轮啮合，第二螺纹杆与横向移动杆的端部螺纹连接，横向移动杆上套接有挤压组件。
优选的，所述限位套的一侧开设有长槽，横向移动杆贯穿长槽，长槽的两侧对称固连有顶起板，顶起板沿限位套等距离的设置，顶起板远离长槽一端的上下侧均设置有顶起斜面。
优选的，所述挤压组件包括两个推动板和两个滑动套装在横向移动杆上的方形滑套，两方形滑套的相背端分别固连有挤压块，挤压块的上下面分别为与顶起斜面相匹配的斜面结构，两方形滑套的相对端之间连接有套装在横向移动杆上的第二复位弹簧，两个推动板的一端分别与两个方形滑套的上侧转动连接，两个推动板的另一端相互铰接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，碳毡在加工前进行清洗，使用酚醛树脂、丙酮和石墨烯材料制成混合溶剂，通过浸泡的方式使得碳毡充分吸收混合溶剂，再通过碳毡制造设备采用热压的方式连接硬碳毡和软碳毡，经清洗后的碳毡更易吸收混合溶剂，减小了碳毡的层级，通过连接软碳毡，可以减小混合溶剂的材料的损失，制成的碳毡具有密度小、导热系数小、碳含量高的优点，碳毡制造设备设置有保温箱体，能够减少在加工过程中，热量的散失，热压组件通过伸缩架连接热压板，能够同时将多片碳毡进行加工，提高了工作效率，减少了能量的损耗，节能减排；
2、本发明中，设置上下料组件，第二螺纹杆推动横向移动杆沿第二螺纹杆移动位置，当横向移动杆移动至顶起板的位置上时，挤压块与顶起板上的顶起斜面接触，横向移动杆沿第二螺纹杆持续移动，顶起斜面对挤压块施压，挤压块推动方形滑套沿横向移动杆移动，两方形滑套相互靠近，并带动两推动板与方形滑套连接的一端相互靠近，推动板对热压板实施挤压，热压板在横向槽内移动位置，此时限位杆挤压第一复位弹簧，受推力的热压板与其他的热压板错位，方便上下料，当横向移动杆移动至不与顶起板接触时，挤压块的挤压力消失，第二复位弹簧推动方形滑套复位，推动板对热压板的挤压力消失，第一复位弹簧推动限位杆及相应的热压板复位，能够在上下料时，将待上料的热压板推出，与其他热压板错位，方便上料铺设平整，且下料时，能够防止高温烫伤。
附图说明
图1为本发明中碳毡制造设备的结构示意图；
图2为本发明中碳毡制造设备的局部结构示意图；
图3为碳毡制造设备中保温箱体的剖切结构示意图；
图4为碳毡制造设备中热压组件的工作状态示意图；
图5为碳毡制造设备中上下料组件的结构示意图；
图6为图5中A点的放大图；
图7为碳毡制造设备中上下料组件的工作状态示意图。
图中：1、保温箱体；11、滑槽；111、横向槽；1111、第一复位弹簧；112、纵向槽；12、驱动箱体；121、第一驱动电机；122、第二驱动电机；1221、驱动齿轮；2、热压组件；21、热压板；211、限位槽；212、限位杆；22、伸缩架；221、延伸杆；23、第一螺纹杆；3、上下料组件；31、限位套；311、长槽；312、顶起板；3121、顶起斜面；32、第二螺纹杆；321、传动齿轮；33、横向移动杆；34、挤压组件；341、方形滑套；342、推动板；343、挤压块；344、第二复位弹簧。
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。
实施例一：
一种碳毡制造工艺，它包括以下步骤：
S1：将硬碳毡浸泡在去离子水中常温浸泡2 h，浸泡完成的碳毡超声震荡0.5 h；
S2：经步骤S1处理后的碳毡进行干燥处理；
S3：将酚醛树脂与丙酮溶剂混合，搅拌均匀，取石墨烯材料混合至酚醛树脂与丙酮混合溶液中，制成混合溶剂，酚醛树脂、丙酮和石墨烯的质量比为5:1:3；
S4：经步骤S2干燥处理后的碳毡浸入步骤S3中的混合溶剂内，浸入10次，每次浸入后沉积石墨烯的时间为5s；
S5：将步骤S4中得到的碳毡的上下表面均覆盖一层软碳毡，软碳毡的厚度为硬碳毡厚度的一半，覆盖前，在步骤S4中得到的碳毡的表面涂覆一层混合溶剂，再将软碳毡铺设到混合溶剂上，制成组合件；
S6：将步骤S5中制成的组合件置于碳毡制造设备中进行热压固化；
S7：将步骤S6中固化后的组合件置于炭化炉中，在氮气保护下进行炭化，得到硬质保温碳毡。
为了更好的展现碳毡制造工艺流程，请参阅图1-图7，本发明还提供了一种应用于上述碳毡制造工艺的碳毡制造设备，它包括保温箱体1以及设置在保温箱体1内部的热压组件2和上下料组件3。
所述保温箱体1的左右两内侧壁对称设置有滑槽11，滑槽11包括纵向槽112及多个相互平行的横向槽111，横向槽111的后端与纵向槽112连通，且横向槽111内设置有第一复位弹簧1111，保温箱体1内腔底部的左右两侧分别固连有驱动箱体12，驱动箱体12内固定有第一驱动电机121和第二驱动电机122，第二驱动电机122的输出端固定有驱动齿轮1221，驱动齿轮1221与上下料组件3连接，第一驱动电机121的输出端与热压组件2连接。
所述驱动齿轮1221为不完全齿轮，驱动齿轮1221间歇性带动第二螺纹杆32旋转，当顶起板312的一侧与方形滑套341的一侧相抵时，第二螺纹杆32停止转动，能够为上下料提供一定时间差。
所述热压组件2包括热压板21、两伸缩架22和两第一螺纹杆23，两第一螺纹杆23的一端通过轴承座与保温箱体1转动连接、另一端与第一驱动电机121的输出端固定连接，两伸缩架22的底部两端分别与第一螺纹杆23螺纹连接，两伸缩架22的顶部两端分别固连有延伸杆221，热压板21的左右两侧与延伸杆221连接。
所述第一螺纹杆23两端的螺纹方向相反，第一驱动电机121工作，带动第一螺纹杆23旋转，控制伸缩架22的两端同时靠近或者同时拉远，当控制伸缩架22的两端同时靠近时，伸缩架22的高度增加，热压板21之间的距离增加，此时对热压板21进行上下料，相反的，伸缩架22的两端同时拉远时，热压板21之间的距离缩小，热压板21挤压中间的碳毡材料，帮助碳毡材料热压成型。
所述热压板21的左右两侧对称开设有限位槽211，限位槽211与延伸杆221滑动连接，热压板21中左右两侧的后端固连有限位杆212，限位杆212与横向槽111滑动连接，热压板21的内部内嵌有加热板。
伸缩架22在伸缩活动时，延伸杆221在限位槽211内活动，适应伸缩架22的位置改变，同时伸缩架22通过延伸杆221带动热压板21的位置改变，当推动热压板21横向移动时，限位杆212在横向槽111内移动。当热压板21之间的距离缩短时，限位杆212在纵向槽112内移动，适应热压板21之间的距离缩短需要，同时纵向槽112对限位杆212进行限位，保证热压板21对齐工作。
所述上下料组件3包括限位套31、横向移动杆33和挤压组件34，限位套31的下端与驱动箱体12的上端固定连接，限位套31的内部设置有第二螺纹杆32，第二螺纹杆32的两端通过轴承与限位套31转动连接，第二螺纹杆32的下端贯穿驱动箱体12，且第二螺纹杆32置于驱动箱体12内部的一端固连有传动齿轮321，传动齿轮321与驱动齿轮1221啮合，第二螺纹杆32与横向移动杆33的端部螺纹连接，横向移动杆33上套接有挤压组件34。
驱动齿轮1221在第二驱动电机122的带动下旋转，传动齿轮321带动第二螺纹杆32旋转，第二螺纹杆32上的横向移动杆33在限位套31的限制作用下，横向移动杆33沿第二螺纹杆32上移或者下移，横向移动杆33的端部设置有螺纹套，螺纹套与第二螺纹杆32螺纹连接，横向移动杆33为方形长杆，挤压组件34在横向移动杆33上不能发生旋转。
所述限位套31的一侧开设有长槽311，横向移动杆33贯穿长槽311，长槽311的两侧对称固连有顶起板312，顶起板312沿限位套31等距离的设置，顶起板312远离长槽311一端的上下侧均设置有顶起斜面3121。
所述挤压组件34包括两个推动板342和两个滑动套装在横向移动杆33上的方形滑套341，两方形滑套341的相背端分别固连有挤压块343，挤压块343的上下面分别为与顶起斜面3121相匹配的斜面结构，两方形滑套341的相对端之间连接有套装在横向移动杆33上的第二复位弹簧344，两个推动板342的一端分别与两个方形滑套341的上侧转动连接，两个推动板342的另一端相互铰接。
所述第二螺纹杆32推动横向移动杆33沿第二螺纹杆32移动位置，当横向移动杆33移动至顶起板312的位置上时，挤压块343与顶起板312上的顶起斜面3121接触，横向移动杆33沿第二螺纹杆32持续移动，顶起斜面3121对挤压块343施压，挤压块343推动方形滑套341沿横向移动杆33移动，两方形滑套341相向移动，并带动两推动板342与方形滑套341连接的一端相互靠近，推动板342对热压板21实施挤压，使热压板21在横向槽111内向前移动，此时限位杆212挤压第一复位弹簧1111，受推力的热压板21与其他的热压板21错位，方便上下料，当横向移动杆33移动至不与顶起板312接触时，挤压块343的挤压力消失，第二复位弹簧344推动方形滑套341复位，推动板342对热压板21的挤压力消失，第一复位弹簧1111推动限位杆212复位，相应的热压板21复位。
本发明中碳毡制造设备的工作过程：第一驱动电机121工作，带动第一螺纹杆23旋转，使伸缩架22的底部两端相互靠近，伸缩架22的高度增加，热压板21之间的距离增加，直至限位杆212与横向槽111对齐，驱动齿轮1221在第二驱动电机122的带动下旋转，传动齿轮321带动第二螺纹杆32旋转，第二螺纹杆32上的横向移动杆33在限位套31的限制作用下，横向移动杆33沿第二螺纹杆32上移，当横向移动杆33移动至顶起板312的位置上时，挤压块343与顶起板312上的顶起斜面3121接触，横向移动杆33沿第二螺纹杆32持续移动，顶起斜面3121对挤压块343施压，挤压块343推动方形滑套341沿横向移动杆33移动，两方形滑套341相互靠近，并带动两推动板342与方形滑套341连接的一端相互靠近，两推动板342相互铰接的一端对热压板21实施挤压，热压板21在横向槽111内移动位置，此时限位杆212挤压第一复位弹簧1111，受推力的热压板21与其他的热压板21错位，将步骤S5中的组合件铺设到热压板21上，横向移动杆33持续移动至不与顶起板312接触时，挤压块343的挤压力消失，第二复位弹簧344推动方形滑套341复位，推动板342对热压板21的挤压力消失，第一复位弹簧1111推动限位杆212复位，铺设有组合物的热压板21收回，直至将除最高处热压板21以外的所有热压板21均铺设组合件后，第一驱动电机121工作，带动第一螺纹杆23旋转，控制伸缩架22底部的两端背向移动，热压板21之间的距离缩短，限位杆212在纵向槽112内移动，通过热压板21对组合件进行热压，热压结束后，热压板21的距离通过伸缩架22拉伸，再通过推动板342将热压板21逐一推出取料。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于
一种碳毡制造工艺，它包括以下步骤：
S1：将硬碳毡浸泡在去离子水中常温浸泡3 h，浸泡完成的碳毡超声震荡1.5 h；
S2：经步骤S1处理后的碳毡进行干燥处理；
S3：将酚醛树脂与丙酮溶剂混合，搅拌均匀，取石墨烯材料混合至酚醛树脂与丙酮混合溶液中，制成混合溶剂，酚醛树脂、丙酮和石墨烯的质量比为10:1:4；
S4：经步骤S2干燥处理后的碳毡浸入步骤S3中的混合溶剂内，浸入25次，每次浸入后沉积石墨烯的时间为5s；
S5：将步骤S4中得到的碳毡的上下表面均覆盖一层软碳毡，软碳毡的厚度为硬碳毡厚度的一半，覆盖前，在步骤S4中得到的碳毡的表面涂覆一层混合溶剂，再将软碳毡铺设到混合溶剂上，制成组合件；
S6：将步骤S5中制成的组合件置于碳毡制造设备中进行热压固化；
S7：将步骤S6中固化后的组合件置于炭化炉中，在氮气保护下进行炭化，得到硬质保温碳毡。
实施例三：
本实施例与实施例一的区别在于
一种碳毡制造工艺，它包括以下步骤：
S1：将硬碳毡浸泡在去离子水中常温浸泡2 h，浸泡完成的碳毡超声震荡0.5 h；
S2：经步骤S1处理后的碳毡进行干燥处理；
S3：将酚醛树脂与丙酮溶剂混合，搅拌均匀，取石墨烯材料混合至酚醛树脂与丙酮混合溶液中，制成混合溶剂，酚醛树脂、丙酮和石墨烯的质量比为5:1:3；
S4：经步骤S2干燥处理后的碳毡浸入步骤S3中的混合溶剂内，浸入25次，每次浸入后沉积石墨烯的时间为2s；
S5：将步骤S4中得到的碳毡的上下表面均覆盖一层软碳毡，软碳毡的厚度为硬碳毡厚度的一半，覆盖前，在步骤S4中得到的碳毡的表面涂覆一层混合溶剂，再将软碳毡铺设到混合溶剂上，制成组合件；
S6：将步骤S5中制成的组合件置于碳毡制造设备中进行热压固化；
S7：将步骤S6中固化后的组合件置于炭化炉中，在氮气保护下进行炭化，得到硬质保温碳毡。
实施例一至实施例三中制成的碳毡，经过测试获得以上数据，从表中可以看出，各实施例之间差距不大，实施例一至实施例三中制成的碳毡均有较优的性能，其密度小、导热系数小、碳含量高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种碳毡制造设备，其特征在于：它包括保温箱体（1）以及设置在保温箱体（1）内部的热压组件（2）和上下料组件（3）；
所述保温箱体（1）的左右两内侧壁对称设置有滑槽（11），滑槽（11）包括纵向槽（112）及多个相互平行的横向槽（111），横向槽（111）的后端与纵向槽（112）连通，且横向槽（111）内设置有第一复位弹簧（1111），保温箱体（1）内腔底部的左右两侧分别固连有驱动箱体（12），驱动箱体（12）内固定有第一驱动电机（121）和第二驱动电机（122），第二驱动电机（122）的输出端固定有驱动齿轮（1221），驱动齿轮（1221）与上下料组件（3）连接，第一驱动电机（121）的输出端与热压组件（2）连接；
所述热压组件（2）包括热压板（21）、两伸缩架（22）和两第一螺纹杆（23），两第一螺纹杆（23）的一端通过轴承座与保温箱体（1）转动连接、另一端与第一驱动电机（121）的输出端固定连接，两伸缩架（22）的底部两端分别与第一螺纹杆（23）螺纹连接，两伸缩架（22）的顶部两端分别固连有延伸杆（221），热压板（21）的左右两侧与延伸杆（221）连接；
所述热压板（21）的左右两侧对称开设有限位槽（211），限位槽（211）与延伸杆（221）滑动连接，热压板（21）中左右两侧的后端固连有限位杆（212），限位杆（212）与横向槽（111）滑动连接，热压板（21）的内部内嵌有加热板；
所述上下料组件（3）包括限位套（31）、横向移动杆（33）和挤压组件（34），限位套（31）的下端与驱动箱体（12）的上端固定连接，限位套（31）的内部设置有第二螺纹杆（32），第二螺纹杆（32）的两端通过轴承与限位套（31）转动连接，第二螺纹杆（32）的下端贯穿驱动箱体（12），且第二螺纹杆（32）置于驱动箱体（12）内部的一端固连有传动齿轮（321），传动齿轮（321）与驱动齿轮（1221）啮合，第二螺纹杆（32）与横向移动杆（33）的端部螺纹连接，横向移动杆（33）上套接有挤压组件（34）；
所述限位套（31）的一侧开设有长槽（311），横向移动杆（33）贯穿长槽（311），长槽（311）的两侧对称固连有顶起板（312），顶起板（312）沿限位套（31）等距离的设置，顶起板（312）远离长槽（311）一端的上下侧均设置有顶起斜面（3121）；
所述挤压组件（34）包括两个推动板（342）和两个滑动套装在横向移动杆（33）上的方形滑套（341），两方形滑套（341）的相背端分别固连有挤压块（343），挤压块（343）的上下面分别为与顶起斜面（3121）相匹配的斜面结构，两方形滑套（341）的相对端之间连接有套装在横向移动杆（33）上的第二复位弹簧（344），两个推动板（342）的一端分别与两个方形滑套（341）的上侧转动连接，两个推动板（342）的另一端相互铰接。
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