CN205364674U - 一种低密度碳纤维硬质保温毡 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种低密度碳纤维硬质保温毡，包括若干网胎单元层，网胎单元层之间通过喷胶层粘合在一起；所述网胎单元层包括若干网胎层，网胎层之间通过针刺连接在一起。本实用新型的保温毡密度低，保温性能好，成本低，使用环境广。
Description
技术领域
本实用新型涉及高温真空设备隔热保温材料，具体涉及一种低密度碳纤维硬质保温毡及其制备方法。
背景技术
作为需拥有很多高温炉行业之一，光伏多晶硅铸锭，由于设备折旧率高，受国外市场低迷影响，产品利润低，国内各项成本增加。降低成本是光伏行业生存条件之一，作为消耗部件之一的隔热保温材料，每年消耗巨大，其保温隔热性能的好坏直接影响企业的绩效。
目前市场高温隔热材料采用含杂软毡相互复合，或采用混合搅拌注模成型的方法。如CN101948327A、CN103568385A，其生产出的产品，纵向纤维含量太高，保温效果并不太理想。而且现有的碳纤维硬质保温毡采用将碳纤维混合在浆料中湿法真空抽滤成型，如中国专利申请201310489217.9，采用湿法成型制得的保温毡存在密度大、结构紧实特点，而这种特点决定了其保温隔热性能较差；且相同体积下，密度高需采用的材料也多，因此生产成本相对较高。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型旨在提供一种成本更低、保温隔热效果更好的低密度碳纤维硬质保温毡及其制备方法。
一种低密度碳纤维硬质保温毡的制备方法，步骤如下：
(1)以碳含量≥92％的碳纤维为原料，将碳纤维短切成3-30mm，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎，网胎克重为20-400g/m2，厚度为0.2-200mm，密度为0.08-0.2g/cm3，碳纤维排布方向与网胎所在平面基本一致；
(2)使用针刺方法将2-40层网胎针刺复合成一个网胎单元，针刺的密度为2-50针/cm2；
(3)采用雾气喷涂方法对上述制得的网胎单元进行单面或双面喷胶，喷胶量为0.8-1.2kg/m2；
(4)将喷胶后的网胎单元与网胎单元或防护膜层叠；
(5)将热压机预热到110-120℃后，立刻将层叠好的材料放置在热压机内，加压至压强3-5MPa，继续升高热压机温度到195℃，并保持此温度下持续1-10小时后，让热压机自然降温到100℃以下，取出产品准备碳化；
(6)将上步骤产品放置到碳化设备中，设定升温曲线，用时3h升温至300℃，此时通入氩气保护，用时20h升温至700℃，再用时3.5h升温至1050℃，1050℃下恒温3-10小时，自动降温至60℃以下，将产品取出准备高温纯化；
(7)将碳化后的产品置于高温纯化设备中，抽真空至10帕以下，设定升温曲线，用时5h升温至1050℃，用时6h升温至1600℃，用时6h升温至2200℃，2200℃下恒温3-10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得到碳纤维硬质保温毡初级产品；
(8)将上述初级产品机械加工成高温炉所需产品。
所述步骤(1)中的碳纤维原料，是黏胶、沥青、聚丙烯晴、酚醛等为原料碳化而成的碳纤维，其含碳量在92％以上，其长度短切后为3-30mm，用梳理机梳理成网胎可避免纵向丝束影响其隔热效果，也可使产品密度尽可能均匀。
上述网胎经步骤(2)针刺成网胎单元，针刺方向为纵向，网胎单元平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直。针刺工艺数量为单位面积刺针数，控制在2-50针/cm2，使网胎蓬松。必须按指定针数针刺，当密度过低时会导致产品碳化、高温过程中收缩相对密度会增大，当密度过高时其保温效果会降低。本实用新型首次在网胎单元的制备中采用低密度针刺的方法，可大大减少纵向纤维的数量，因此能显著提升保温性能。对该保温毡而言，不用针刺的保温效果是最好的，但没有针刺很难把密度做低，采用针刺才有可能把密度做低，因此本实用新型采用了减少针刺密度的方式。
步骤(3)中所述胶为低粘度粘合剂，选用酚醛树脂、呋喃树脂或双马树脂中的一种或多种，以便喷涂。
步骤(3)中采用数控喷胶机进行数控高压单元双面雾气喷涂，喷胶机上设有备用喷头，喷头具体的给进速度与喷胶量根据产品规格比例设定。用喷涂的方法代替常规浸渍的方法，避免粘合剂充斥在碳纤维缝隙中，使得成品密度更适合保温功能，保温性能更佳。现有技术中对碳纤维网胎单元之间的复合成毡除采用浸渍粘合方式外，还有采用高密度穿透针刺方法的，如CN103568385A。本实用新型在本步骤中未采用针刺，而是采用喷胶层叠复合，避免了穿透针刺造成纵向纤维导热散热而使热量沿着针刺方向导出的缺陷。
步骤(4)中防护膜包括12k、6k碳纤维布或0.5-2mm石墨纸，网胎单元与这些材料复合后可在非常环境下使用，具有以下作用：其一、隔离作用，避免炉体生产所需气体或产生气体进入保温材料内，导致相互污染；其二、增加强度、提高产品抗气流冲击性能、提高保温板使用寿命；其三、便于清洁。
步骤(4)中层叠的方式包括网胎单元与网胎单元层叠，层数为2-40层；网胎单元与同种或不同种的防护膜层叠，网胎单元与防护膜的层数均为至少1层。
步骤(8)中的机械加工包括切方、圆、开孔、洗薄等方式。
由上述方法制备而成的低密度碳纤维硬质保温毡，包括若干网胎单元层，网胎单元层之间粘合在一起；所述网胎单元层包括若干网胎层，网胎层之间通过针刺连接在一起。
所述网胎层由3-30mm碳纤维梳理而成，碳纤维方向与网胎层所在平面基本一致。所述“基本一致”是由于碳纤维非常多，而且其柔性大，而且由于网胎层会有一定厚度，梳理时不可能保证每一根碳纤维都与网胎层所在平面完全一致，某一些碳纤维可能会与该平面具有一定夹角；再者，在针刺的过程中，一些碳纤维不可避免的会随着针的走向而变成纵向，但总体上绝大多数碳纤维与网胎层所在平面是一致的，尽量避免存在与该平面垂直的碳纤维。另外，随着针的走向而变成纵向的碳纤维在网胎结构中起到一定的支撑作用，维持其蓬松结构，从而增强保温效果。
所述网胎单元层还可以与防护膜层粘合在一起，防护膜层数量至少为1层。
所述网胎单元层与防护膜层的粘合排列方式可以是一层对一层地间隔排布，也可以是一层对多层地间隔排布，也可以是多层对一层地间隔排布，也可以是上述三种间隔排布方式的随机组合。
本实用新型在本公司从事多年高温隔热材料制作中，根据碳纤维的导热性和密度的关联性，以及碳纤维在直径方向上和纤维轴向的导热承差异。经过多次试验制作出上述低密度碳纤维硬质保温毡，具有以下优势：(1)材质密度低于0.07g/cm3，保温毡密度低于0.16g/cm3，低于市场上一般保温毡的密度，因此保温性能更好，设备能量损耗下降；(2)对比现有产品单从密度上来讲，用相同体积的产品，所用材料重量小，因此成本降低了；(3)保温毡中纵向纤维含量极少，远远低于现有产品中的含量，由于碳纤维在直径方向上和纤维轴向的导热承不同，因此相比于纵向纤维含量高的现有产品，保温性能大大提高；(4)采用多网胎单元粘合成毡，可以分层阻挡穿透防止导热；(5)使用环境广，适用于各种真空气氛烧结炉、淬火炉以及晶体生长炉(如单晶生长炉)、多晶铸锭炉、碳化硅、氮化镓等相关的其它高温设备；(6)产品的碳化量纯度高，因此更加耐烧蚀、抗气流冲刷；(7)相比于湿法成型，本发明的制备工艺更加简单，结构设计更加合理；(8)由于省去了烘干等步骤，本发明的生产周期更短，可节省约三分之一的时间；(9)本发明制备的保温毡，保温隔热效果优于现有市场保温材料，以对900℃的隔热目标来说，本发明保温毡比市场上保温毡的隔热能力可提高10-45℃。
附图说明
图1实施例1制得的保温毡的纵切面结构示意图；
图2实施例2制得的保温毡的纵切面结构示意图；
图3实施例3制得的保温毡的纵切面结构示意图；
图中，1-石墨层；2-喷胶层；3-网胎单元；4-纵向碳纤维；5-碳纤维布层。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本实用新型做进一步详细说明。
实施例1
一种低密度碳纤维硬质保温毡的制备方法，步骤如下：
(1)以碳含量≥92％的聚丙烯晴基碳纤维为原料，将碳纤维短切成3-30mm，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎，网胎克重为50g/m2，厚度为4mm，密度为0.06g/cm3，碳纤维排布方向与网胎所在平面基本一致；
(2)使用针刺方法将8层网胎针刺复合成一个网胎单元，针刺的密度为3-30针/cm2；针刺方向为纵向，网胎单元平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直。
(3)采用雾气喷涂方法对上述制得的网胎单元进行单面或双面喷涂酚醛树脂粘合剂，喷胶量为1.2kg/m2；
(4)将15个双面喷胶后的网胎单元层叠；
(5)将热压机预热到115℃后，立刻将层叠好的材料放置在热压机内，加压至压强4MPa，继续升高热压机温度到195℃，并保持此温度下持续5小时后，让热压机自然降温到100℃以下，取出产品准备碳化；
(6)将上步骤产品放置到碳化设备中，设定升温曲线，用时3h升温至300℃，此时通入氩气保护，用时20h升温至700℃，再用时3.5h升温至1050℃，1050℃下恒温6小时，自动降温至60℃以下，将产品取出准备高温纯化；
(7)将碳化后的产品置于高温纯化设备中，抽真空至10帕以下，设定升温曲线，用时5h升温至1050℃，用时6h升温至1600℃，用时6h升温至2200℃，2200℃下恒温3小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得到碳纤维硬质保温毡初级产品；
(8)将上述初级产品经机械切方成高温炉所需产品。
制得的产品部分纵切面结构如图1所示(产品纵向跨度太大，且是重复结构，因此省略部分)，产品由15层网胎单元层叠粘合成一整体保温隔热保温材料，网胎单元3和喷胶层2互相间隔排列，在网胎单元3中可见由针刺形成的纵向碳纤维4。该产品未附加防护膜层，供一般环境下使用。
实施例2
一种低密度碳纤维硬质保温毡的制备方法，步骤如下：
(1)以碳含量≥92％的聚丙烯晴基碳纤维为原料，将碳纤维短切成3-30mm，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎，网胎克重为100g/m2，厚度为4mm，密度为0.07g/cm3，碳纤维排布方向与网胎所在平面基本一致；
(2)使用针刺方法将8层网胎针刺复合成一个网胎单元，针刺的密度为15-20针/cm；针刺方向为纵向，网胎单元平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直。
(3)采用雾气喷涂方法对上述制得的网胎单元进行单面或双面喷涂酚醛树脂粘合剂，喷胶量为1.0kg/m2；
(4)将0.5mm厚石墨纸置于最底部，再将每8层网胎的网胎单元双面喷胶，层叠15个单元，最后层叠0.5mm厚石墨纸；
(5)将热压机预热到120℃后，立刻将层叠好的材料放置在热压机内，加压至压强5MPa，继续升高热压机温度到195℃，并保持此温度下持续3小时后，让热压机自然降温到100℃以下，取出产品准备碳化；
(6)将上步骤产品放置到碳化设备中，设定升温曲线，用时3h升温至300℃，此时通入氩气保护，用时20h升温至700℃，再用时3.5h升温至1050℃，1050℃下恒温8小时，自动降温至60℃以下，将产品取出准备高温纯化；
(7)将碳化后的产品置于高温纯化设备中，抽真空至10帕以下，设定升温曲线，用时5h升温至1050℃，用时6h升温至1600℃，用时6h升温至2200℃，2200℃下恒温10小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得到碳纤维硬质保温毡初级产品；
(8)将上述初级产品经机械切方成高温炉所需规格产品。
制得的产品纵切面结构如图2所示，由上到下依次是石墨层1、15个(喷胶层2—网胎单元3)、喷胶层2、石墨层1，在网胎单元3中可见由针刺形成的纵向碳纤维4。该产品附加了石墨纸，可以在特殊环境下使用。
实施例3
一种低密度碳纤维硬质保温毡的制备方法，步骤如下：
(1)以碳含量≥92％的聚丙烯晴基碳纤维为原料，将碳纤维短切成3-30mm，用梳理机梳理成毛丝并制成网胎，网胎克重为100g/m2，厚度为4mm，密度为0.07g/cm3，碳纤维排布方向与网胎所在平面基本一致；
(2)使用针刺方法将8层网胎针刺复合成一个网胎单元，针刺的密度为10-20针/cm2；针刺方向为纵向，网胎单元平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直。
(3)采用雾气喷涂方法对上述制得的网胎单元进行单面或双面喷涂酚醛树脂粘合剂，喷胶量为0.8kg/m2；
(4)将6k碳纤维布置于底部，再将一双面喷胶后的网胎单元置于上与其层叠，然后将双面上胶的5mm厚石墨纸置于其上，再将14个双面喷胶后的网胎单元置于上与其层叠，最后将一面上胶的6k碳纤维布置于其上层叠，注胶面向下与网胎单元接触；
(5)将热压机预热到120℃后，立刻将层叠好的材料放置在热压机内，加压至压强3MPa，继续升高热压机温度到195℃，并保持此温度下持续2小时后，让热压机自然降温到100℃以下，取出产品准备碳化；
(6)将上步骤产品放置到碳化设备中，设定升温曲线，用时3h升温至300℃，此时通入氩气保护，用时20h升温至700℃，再用时3.5h升温至1050℃，1050℃下恒温3小时，自动降温至60℃以下，将产品取出准备高温纯化；
(7)将碳化后的产品置于高温纯化设备中，抽真空至10帕以下，设定升温曲线，用时5h升温至1050℃，用时6h升温至1600℃，用时6h升温至2200℃，2200℃下恒温5小时，自动降温至60℃以下，将其取出即得到碳纤维硬质保温毡初级产品；
(8)将上述初级产品经机械切方成高温炉所需产品。
制得的产品纵切面结构如图3所示，其结构由上到下为：碳纤维布层5、14个(喷胶层2—网胎单元3)、喷胶层2、石墨层1、喷胶层2、网胎单元3、喷胶层2、碳纤维布层5。在网胎单元3中可见由针刺形成的纵向碳纤维4。该产品附加了石墨纸和碳纤维布，可以在特殊环境下使用。
对上述3个实施例制得的硬质保温毡的保温隔热性能进行了测试，测试结果见表1所示。所有试验在相同条件、环境、体表面积下进行。
表1实施例1-3制得保温毡的性能
Claims (10)
1.一种低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，包括若干网胎单元层，网胎单元层之间通过喷胶层粘合在一起；所述网胎单元层包括若干网胎层，网胎层之间通过针刺连接在一起。
2.根据权利要求1所述的低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，所述网胎单元层还可以与防护膜层粘合在一起，防护膜层数量至少为1层，所述网胎单元层与防护膜层的粘合排列方式可以是一层对一层地间隔排布，也可以是一层对多层地间隔排布，也可以是多层对一层地间隔排布，也可以是上述三种间隔排布方式的随机组合。
3.根据权利要求1或2所述的低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，网胎层的层数为2-40层。
4.根据权利要求1或2所述的低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，网胎单元层的层数为2-40层。
5.根据权利要求2所述的低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，防护膜包括12k、6k碳纤维布或0.5-2mm石墨纸。
6.根据权利要求1所述的低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，网胎层由3-30mm碳纤维梳理制成，碳纤维排布方向与网胎所在平面基本一致。
7.根据权利要求1所述的低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，网胎层克重为20-400g/m2，厚度为0.2-200mm，密度为0.08-0.2g/cm3。
8.根据权利要求6或7所述的低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，所述碳纤维是黏胶、沥青、聚丙烯晴、酚醛为原料碳化而成的碳纤维。
9.根据权利要求1所述的低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，针刺的密度为2-50针/cm2。
10.根据权利要求1或9所述的低密度碳纤维硬质保温毡，其特征在于，针刺方向为纵向，网胎单元平铺方向为横向，即针刺方向与网胎单元所在平面垂直。
Priority Applications (1)
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| CN201620030800.2U CN205364674U (zh) | 2016-01-13 | 2016-01-13 | 一种低密度碳纤维硬质保温毡 |
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| CN201620030800.2U CN205364674U (zh) | 2016-01-13 | 2016-01-13 | 一种低密度碳纤维硬质保温毡 |
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2016
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