[发明专利]一种低密度碳纤维硬质保温毡及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

发明内容

针对上述问题，本发明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。本发明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，因此本发明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CN 103568385 A。本发明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。