一种低密度碳纤维硬质保温毡的制作方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] -种低密度碳纤维硬质保温毡的制备方法，步骤如下：
[0006] (1)以碳含量2 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/cm 3，碳纤维排 布方向与网胎所在平面基本一致；
[0007] (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 ；
[0008] (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/m 2 ；
[0009] (4)将喷胶后的网胎单元与网胎单元或防护膜层叠；
[0010] (5)将热压机预热到110-120°c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°C，并保持此温度下持续1-10小时后，让热压机自 然降温到100 °C以下，取出产品准备碳化；
[0011] (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°C，此时通 入氩气保护，用时20h升温至700°C，再用时3.5h升温至1050°C，1050°C下恒温3-10小时，自 动降温至60°C以下，将产品取出准备高温纯化；
[0012] (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°C，用时6h升温至1600°C，用时6h升温至2200°C，2200°C下恒温3-10小时， 自动降温至60°C以下，将其取出即得到碳纤维硬质保温毡初级产品；
[0013] (8)将上述初级产品机械加工成高温炉所需产品。
[0014] 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。
[0015] 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/cm 2,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。
[0016] 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。
[0017] 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 103568385A。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。
[0018] 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。
[0019]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。
[0020] 步骤(8)中的机械加工包括切方、圆、开孔、洗薄等方式。
[0021] 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。 [0022]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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 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)材质密度低于〇. 〇7g/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°C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】
[0026] 图1实施例1制得的保温毡的纵切面结构示意图；
[0027] 图2实施例2制得的保温毡的纵切面结构示意图；
[0028] 图3实施例3制得的保温毡的纵切面结构示意图；
[0029]图中，卜石墨层;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】
[0030] 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。
[0031] 实施例1
[0032] -种低密度碳纤维硬质保温毡的制备方法，步骤如下：
[0033] (1)以碳含量2 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；
[0034] (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/ cm 2;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