碳纤维发热体用辐射定型胶及其定型方法与定型装置的制造方法
【专利说明】碳纤维发热体用辐射定型胶及其定型方法与定型装置
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于碳纤维发热体技术领域，具体涉及一种可调发射率的碳纤维发热体用辐射定型胶及其定型方法与定型装置。
【背景技术】
[0003]红外辐射加热是目前工业和民用加热领域最为广泛应用的加热形式，辐射加热设备中的主要加热元件为具有高发射率的红外辐射加热体。目前根据加热温度要求的不同，辐射加热可分为低温、中温和高温三个等级，而高温辐射和中温辐射对于辐射加热的受热深度、均匀度均有较高要求。目前热辐射加热所用发热体的材质主要是金属和陶瓷，其中陶瓷材质由于自身的原子或分子振动频率与热效应波段较为吻合，因此该材质具有较高的热辐射特性，其红外发射率较高。但是陶瓷发热体的硬度和脆性较大，对各种异形加热体加工难度较大。此外目前的辐射加热均是通用性辐射热源，即便是对于发射率较高的辐射发热体，也不可能完全针对受热对象的分子振动光谱特定波段进行匹配式加热，因此热效率或多或少存在偏差。
[0004]碳纤维是一种含碳量在93%以上的纤维状碳材料，碳纤维本身的发射率可以达到0.9以上，接近绝对黑体，其电热辐射转换效率和热辐射加热效率都非常高。同时，碳纤维也是一种柔性材料，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、高温环境杂质释放量少等优异特性，用碳纤维作为辐射发热体进行电热辐射设备的制造，特别适合工业加热、民用取暖、低温烘烤设备等多个领域。
[0005]碳纤维发热体具有较高的加热效率，但是为了适应特定波段匹配性加热的高效目的，需要进行碳纤维发热体不同波段的分发射率的灵活性调节，目前可调发射率的碳纤维发热体用辐射定型胶及其定型方法并未见报道。
【发明内容】
[0006]本发明为了实现匹配式加热的目的，首先进行碳纤维发热体专用的可调发射率的辐射定型胶黏剂的制备，之后采用该辐射定型胶进行碳纤维编织结构发热体的气体封闭式加压涂覆处理。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
一种碳纤维发热体用辐射定型胶，由热固定树脂、定型渗透剂和复合纳米填料组成，所述定型渗透剂的质量占福射定型胶的10~20%，所述复合纳米填料的质量占所述福射定型胶的10~40%，所述复合纳米填料由辐射纳米填料和增韧纳米填料组成，辐射纳米填料与增韧纳米填料的质量比为5~3:1，所述福射纳米填料为碳化娃、氮化硼、氧化铁、二氧化猛、氧化锌、石墨、氧化铝等中的一种或多种组合。
[0008]所述热固定树脂为基体胶黏剂，为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、热固性聚氨酯树脂等中的一种或多种组合。特点是施胶时胶液易扩散渗透、固化后粘结强度高、韧性好、耐蠕变性、耐热性好等。
[0009]所述热固性树脂I父液的尚温炭晶化处理后的残炭量在60%(w/w)以上，可提尚定型后产品的刚度。
[0010]所述定型渗透剂为无水乙醇、硅油、丙酮等中的一种或多种组合，根据热固定树脂的特点，本发明采用的定型渗透剂，有非常好的附着力，该定型渗透剂通过有效渗透，与热固性树脂和复合纳米填料发生作用，使得辐射定型胶具有一定的柔性和韧性，并且使辐射定型胶具有干燥快、渗透性强等特点。
[0011]所述复合填料中的纳米辐射填料为含有不同发射率特性的纳米粉末辐射填料。
[0012]所述增韧纳米填料为耐高温韧性高温无机粉末，主要用作提高复合纳米填料中辐射纳米填料组分的力学韧性，其包括柔性石墨粉体、碳纤维晶须、氧化铝晶须、碳化硅晶须等中的一种或两种组合。
[0013]所述复合纳米填料的粒径为10~50nm之间，本发明采用合适的复合纳米填料粒径，粒径太大会沉降，小了容易发生团聚，使定型剂不均匀。
[0014]—种碳纤维发热体用辐射定型胶的定型方法，具有编织结构的碳纤维发热体在所述辐射定型胶中浸渍，然后对浸渍后的编织碳纤维发热体进行气体封闭式加压处理后，干燥即得到定型后的可调发射率的碳纤维发热体。
[0015]具有编织结构的碳纤维是指:碳纤维长丝进行编织处理加工成绳状或带状形式。
[0016]所述浸渍和加压涂覆处理时间总共为l~5min，可得到性能和效果较好的辐射定型胶。
[0017]所述气体封闭式加压涂覆处理的气体压力是l~3MPa，气体采用惰性气体，为氮气、氩气、氦气等中的一种或多种，所述条件的设置可得到性能和效果较好的辐射定型胶。
[0018]所述干燥温度为50~80°C，干燥时间为l~5min，所述干燥条件的设置可得到性能和效果较好的辐射定型胶。
[0019]为了更好的实施本发明所述的定型方法，本发明提供了一种有利于实施本发明所述碳纤维发热体用辐射定型胶的定型装置。
[0020]一种碳纤维发热体用辐射定型胶的定型装置，包括按顺序依次设置的浸渍装置、封闭式加压装置和快速烘干装置，所述封闭式加压装置上设有加压进气口，两端设有密封结构，所述密封结构为迷宫式气封结构，保证腔体与外界空气隔绝，实现封闭气体加压。
[0021]所述浸渍装置设有三根传动辊，其中一根设置在浸渍装置内，另外两根设置在浸渍装置的上方，保证碳纤维发热体不断向封闭式加压装置移动，实现生产工序的不间断进行。
[0022]所述封闭式加压装置与快速烘干装置之间设置一组挤压辊，保证封闭式加压装置中的碳纤维发热体向快速烘干装置的顺利传送。
[0023]所述浸渍装置和快速烘干装置的基本结构为现有技术，在此不再赘述。
[0024]在上述装置中，碳纤维发热体用辐射定型胶定型方法的具体步骤如下:
(1)具有编织结构的碳纤维发热体浸渍在装有碳纤维发热体用辐射定型胶的浸渍装置中；
(2)浸渍之后碳纤维发热体到达封闭式加压装置中进行气体封闭式加压处理； (3)浸渍气体加压之后的碳纤维发热体进入快速烘干装置进行干燥，得到采用辐射定型胶定型后的可调发射率的碳纤维发热体。
[0025]所述浸渍和加压涂覆处理时间总共为l~5min。
[0026]步骤(2)中，所述气体封闭式加压涂覆处理的气体压力是l~3MPa，气体采用惰性气体，为氮气、氩气、氦气等中的一种或多种。
[0027]步骤(3)中，所述干燥温度为50~80°C，干燥时间为l~5min。
[0028]通过上述定型方法得到的碳纤维发热体含有的辐射定型胶的质量分数为10~40%。
[0029]所述辐射定型胶对具有纤维编织结构的碳纤维发热体的涂覆定型处理，采用所述定型装置进行气体封闭式加压涂覆处理，该定型装置可实现连续化涂覆，生产效率较高，浸渍辐射定型胶的编织碳纤维发热体进入气体封闭式加压装置，该装置两侧端部通过迷宫式气封结构保证腔体与外界空气隔绝，腔内采用惰性气氛加压，以实现辐射定型胶可快速渗入具有编织结构的碳纤维发热体内部。
[0030]本发明的有益效果是:
(1)本发明制备的一种可调发射率的纳米填料改性辐射定型胶粘剂，通过在碳纤维发热体表面进行气体封闭式加压涂覆技术，有效在碳纤维发热体的编织结构的内部及表面均匀的浸渍并形成可调发射率的辐射基体，形成碳纤维复合材料辐射发热体，有效达到针对不同受热对象调节分波段发射率和总发射率的目的，实现适应特定波段匹配性加热的高效目的。
[0031](2)本发明所制备的辐射定型胶可针对不同的碳纤维编织结构进行其流动性和渗透性灵活调整，以保证碳纤维发热体的芯部和表面均可快速浸渍均匀定型胶。
[0032](3)本发明制备的辐射定型胶中包含发热体定型渗透剂、纳米辐射填料、发热体定型纳米增韧填料，纳米填料改性后的辐射定型胶具有渗透性强、涂覆速度快、涂覆均匀度高、发射率调节范围广的优异特性，法向总发射率可实现在0.6-0.99之间调节，法向分波段发射率可实现在2-25微米波段内从0.5-0.98之间任意调节。
[0033](4)本发明采用气体封闭式加压涂覆处理技术实现辐射定型胶对碳纤维编织发热体的均匀快速涂覆，惰性气体的加压封闭腔可保证定型胶对碳纤维发热体的快速渗透，所制备的碳纤维辐射发热体具有柔性和一定韧性，可保证后续的高温炭晶化处理过程顺利进行。
【附图说明】
[0034]图1为本发明中的可调发射率的碳纤维发热体用辐射定型胶的定型装置。
[0035]其中，1、浸渍装置，2、封闭式加压装置，3、快速烘干装置，4、传动辊，5、迷宫气封，6、加压进气口，7、挤压辊、8、碳纤维发热体，9、辐射定型胶。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0037]实施例1
如图1所示，一种碳纤维发热体用辐射定型胶的定型装置，包括按顺序依次设置的浸渍装置1、封