[发明专利]一种以石墨烯高效抗侵蚀层的硬质碳纤维保温材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种以石墨烯高效抗侵蚀层的硬质碳纤维保温材料的制备方法，属于保温材料技术领域，包括以下步骤：将粘结剂均匀喷淋至碳纤维针刺毡表面；将处理好的碳纤维针刺毡维缠绕至成型模具上成型；对成型后的产品依次进行固化处理和碳化处理，得到硬质碳纤维保温材料毛坯件；将硬质碳纤维保温材料毛坯件进行机械加工后，得到加工件；对加工件进行涂层处理。本发明制备的产品解决了在单晶炉无法直接使用的问题，可提高产品表面致密性，抗侵蚀能力，增加硬质碳纤维产品种类，可代替目前单晶炉内碳碳/石墨材料，提升产品竞争力，总体使用寿命相对于传统涂层的硬质筒形保温材料，提升2‑3倍。

技术领域

本发明涉及保温材料技术领域，具体是一种以石墨烯高效抗侵蚀层的硬质碳纤维保温材料的制备方法。

背景技术

硬质碳纤维毡是可用于高温环境下的先进热结构材料之一，具有低密度、高稳定性、耐烧蚀、耐腐蚀以及优异的高温力学性能等特点，同时内部存在大量的微孔，使其具有突出的高温隔热性能，因此被广泛应用于航天、航空以及高温工业用炉的隔热材料。然而，一些高温工业设备(如金属热处理炉、单晶生长炉)热场环境温度变化大，在0-1800℃升降，产品受热震强度大，并且多采用惰性气体进行气体冷却，热场中粒性物质夹杂在气体中形成高速粒子流，冲蚀炉衬材料的表面，同时硅蒸汽侵蚀材料表面。如单独使用隔热保温材料会导致其寿命严重缩短。

针对低密度硬质碳纤维毡存在抗氧化抗冲蚀性差的问题，为了提高其抗热震抗及抗硅蒸汽气腐蚀能力，最佳的选择是提高其表面的致密性，制备一种抗气体侵蚀的保护层。作为抗气体侵蚀涂层的理想候选材料之一的石墨烯具有高熔点、高热稳定性、大鳞片结构及与硬质碳纤维毡之间良好的物理化学相容性和近似的线膨胀系数等优异性能，其被作为高温防氧化涂层备受关注，但是石墨烯涂层除保护基体不被氧化之外，还能提高基体的抗热震性。

目前，硬质碳纤维毡表面涂层多为石墨粉或石墨乳与树脂进行调配通过人工涂刷完成涂层，石墨粉多为颗粒状，不同粒度的石墨粉堆积在产品表面与树脂高温后剩余的碳骨架链接形成保护层，这就导致现有涂层表面致密不高，由于近年来光伏行业不断发展，单晶硅成本控制越来越严格，对辅材成本要求相应降低，为降低成本提出取消碳碳保温筒的想法，直接使用硬质碳纤维保温材料，那么在单晶炉中没有碳碳内筒的保护下，直接面对加热器，硅蒸汽的侵蚀和惰性保护气体的吹扫，现有的涂层无法承受如此复杂的环境，快速被炉内环境腐蚀，是产品表面开裂，粉化无法使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以石墨烯高效抗侵蚀层的硬质碳纤维保温材料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种以石墨烯高效抗侵蚀层的硬质碳纤维保温材料的制备方法，包括以下步骤：

将粘结剂均匀喷淋至碳纤维针刺毡表面；

将处理好的碳纤维针刺毡维缠绕至成型模具上成型；

对成型后的产品依次进行固化处理和碳化处理，得到硬质碳纤维保温材料毛坯件；

将硬质碳纤维保温材料毛坯件进行机械加工后，得到加工件；

对加工件进行涂层处理。

作为本发明的进一步技术方案，所述涂层处理包括依次进行的一次涂层、二次涂层和封层涂层，一次涂层和二次涂层后分别依次进行后固化处理和后碳化处理；所述一次涂层包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂20-40份、石墨粉10-20份、乙醇40-70份、炭黑0.5-2份，制备时将原料混合，在15000-25000rpm的条件下搅拌20-40min。

作为本发明的更进一步技术方案，所述二次涂层包括以下重量百分比的原料：酚醛树脂15-35份、石墨粉5-10份、石墨烯5-10份、短纤维5-10份、乙醇45-60份、炭黑0.5-2份，制备时将原料混合，在15000-25000rpm的条件下搅拌20-40min。