专利名称：碳纤维规整波纹填料制造方法
技术领域：
本发明涉及一种碳纤维规整波纹填料的制造方法，属于高性能填料的制造技术。
背景技术：
在石油化工、精细化工、轻工、食品、制药、环保及原子能等部门，填料塔是不可或缺的重要设备，广泛用于蒸馏、吸收、洗涤、冷却等化工单元过程。填料塔与板式塔相比具有通量大、效率高、压力小等突出特点。应用高效填料技术改造旧板式塔，一般可使产量提高30-100％，能耗降低20-50％，并使产品性能明显提高。近年来，新型填料塔的出现以及在大型设备中的成功应用在我国取得了巨大的经济效益和社会效益。
填料(分为散装填料和规整填料)是填料塔的核心构件，它与塔内件一起决定了填料塔的性能。填料提供了气液两相接触传质与换热的表面。由于工业技术的进步，生产规模大型化，要求塔器具有大通量，使液体均匀分布，降低填料层阻力，提高分离效率，达到节能效果。规整填料能满足大直径塔器的要求，因此各类规整填料的发展迅速。与散装填料相比，规整填料可以安排更大面积，几乎无放大效应，结构规整，效率高，节能效果显著。
按材质分类，规整填料包括金属、塑料、陶瓷等。
上述各种填料在强腐蚀介质中，特别是氢氟酸、氯酸、甲酸、乙酸、氯乙酸、等耐腐蚀性能差，使用周期短，致使造成资源的浪费，使生产产品的成本提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维规整波纹填料的制作方法。以该方法所制造的规整波纹填料具有强耐腐蚀性能，可适于在各种腐蚀介质条件下工作。
本发明是通过下述技术方案加以实现的。一种碳纤维规整波纹填料的制作方法，其特征在于包括以下过程(1)以直径为7-9μm，每束碳纤维为4000、6000或8000根，聚丙烯腈基碳纤维为原料，采用经编多轴向织物技术或机织技术，将碳纤维编织成20-40目的碳纤维网或厚度为0.1-0.35mm的碳纤维布。
(2)将步骤(1)织得的碳纤维网或碳纤维布以丙酮及去离子水进行表面清洗，去污；然后在400-500℃气相氧化、干燥；干燥后的碳纤维网或碳纤维布浸渍在粘度为300-600cP的环氧树脂、双马来酰亚胺或己内酰胺树脂之中，10-30分钟；将浸渍有树脂的碳纤维网或碳纤维布放置在具有波纹条的模具中，在60-200℃之间固化，固化时间为0.5-2小时，经托模后形成碳纤维波纹网或碳纤维波纹板。
(3)将步骤(2)制得的碳纤维波纹网或碳纤维波纹板置于真空加热炉中，在1-3KPa真空和氮气保护条件下，以5-10℃/min升温速率，升至950-1200℃予以碳化，保温2-5小时，冷却后出炉。
(4)将步骤(3)制得的波纹碳纤维网或波纹碳纤维板，按相邻两片波纹碳纤维网或波纹碳纤维板的波纹轴向互成90°夹角的规则，把波纹碳纤维网或波纹碳纤维板组装成填料块体。
本发明的优点在于，工艺条件易于精确控制，填料性能易于调整。改性碳纤维规整填料的比表面积为350-1500m2/m3，且力学性能不低于不锈钢和钛合金网状多孔填料。尤为突出的是，改性碳纤维规整填料具有基本无腐蚀的特性，可实现高纯物质生产的可能性，因而克服了钛材、不锈钢等在强腐蚀塔器中服役时间短，停工检修频繁，资源消耗高的缺点。
图1为本发明采用的碳纤维网结构示意图；图2为本发明采用的碳纤维网结构示意图；图3为本发明两片90°相交的波纹碳纤维板示意图。
具体实施例方式
实例1以直径为7-9μm，每束碳纤维为4000根的聚丙烯腈基碳纤维为原料，采用4×4经编多轴向技术，编织成40目的碳纤维网。然后经过丙酮清洗及去离子水清洗去除污物，去除污物的碳纤维网置于干燥炉在400℃进行气相氧化、干燥。干燥后的碳纤维网浸渍在粘度为400cP环氧树脂中达10分钟，将浸渍有环氧树脂的碳纤维网置于成型模具中，模具开设有等边的连续三角形，置于模具中的浸渍有环氧树脂的碳纤维网，在60℃经0.5小时固化，经脱模制得三角形的轴线与碳纤维网的上下垂直方向呈30°夹角的波纹碳纤维网；将波纹碳纤维网置于真空加热炉中，在1KPa真空和氮气保护下，以5℃/min升温速率，升至950℃进行碳化，保温2小时，冷却至室温后出炉；将碳化的波纹碳纤维网按相邻两片波纹碳纤维网的波纹轴线互成90°夹角的规则组装成填料块体。
实例2以直径为7-9μm，每束碳纤维6000根的聚丙烯腈基碳纤维为原料，采用4×4经编多轴向技术，编织成20目的碳纤维网。然后经过丙酮清洗及去离子水清洗去除污物，去除污物的碳纤维网置于干燥炉在500℃进行气相氧化干燥。干燥后的碳纤维网浸渍在粘度为300cP的双马来酰亚胺中达20分钟，将浸渍有双马来酰亚胺的碳纤维网置于成型模具中，模具开设有等边的连续三角形，置于模具中的浸渍有双马来酰亚胺的碳纤维网，在150℃经1小时固化，经脱模制得三角形的轴线与碳纤维网的上下垂直方向呈45°夹角的波纹碳纤维网；将波纹碳纤维网置于真空加热炉中，在2KPa真空和氮气保护下，以10℃/min升温速率，升至1200℃进行碳化，保温5小时，冷却至室温后出炉；将碳化的波纹碳纤维网按相邻两片波纹碳纤维网的波纹轴线互成90°夹角的规则组装成填料块体。
实例3以直径为7-9μm，每束碳纤维为6000根的聚丙烯腈基碳纤维为原料，采用4×4经编经编多轴技术，编织成20目的碳纤维网。然后经过丙酮清洗及去离子水清洗去除污物，去除污物的碳纤维网置于干燥炉在450℃进行气相氧化干燥。干燥后的碳纤维网浸渍在粘度为600cP的己内酰胺中达30分钟，将浸渍有己内酰胺的碳纤维网置于成型模具中，模具开设有等边的连续三角形，置于模具中的浸渍有己内酰胺的碳纤维网，在200℃经2小时固化，经脱模制得三角形的轴线与碳纤维网的上下垂直方向呈45°夹角的波纹碳纤维网；将波纹碳纤维网置于真空加热炉中，在2KPa真空和氮气保护下，以8℃/min升温速率，升至1000℃进行碳化，保温4小时，冷却至室温后出炉；将碳化的波纹碳纤维网按相邻两片波纹碳纤维网的波纹轴线互成90°夹角的规则组装成填料块体。
实例4以直径为7-9μm，每束碳纤维为4000根的聚丙烯腈基碳纤维为原料，采用机织技术，厚度为0.1mm的碳纤维布。然后经过丙酮清洗及去离子水清洗去除污物，去除污物的碳纤维布置于干燥炉在400℃进行气相氧化干燥。干燥后的碳纤维布浸渍在粘度为400cP环氧树脂中达10分钟，将浸渍有环氧树脂的碳纤维布置于成型模具中，模具开设有等边的连续三角形，置于模具中的浸渍有环氧树脂的碳纤维布，在60℃经0.5小时固化，经脱模制得三角形的轴线与碳纤维布的上下垂直方向呈30°夹角的波纹碳纤维板；将波纹碳纤维板置于真空加热炉中，在1KPa真空和氮气保护下，以5℃/min升温速率，升至950℃进行碳化，保温2小时，冷却至室温后出炉；将碳化的波纹碳纤维板按相邻两片波纹碳纤维板的波纹轴线互成90°夹角的规则组装成填料块体。
实例5以直径为7-9μm，每束碳纤维为6000根的聚丙烯腈基碳纤维为原料，采用机织技术，厚度为0.15mm的碳纤维布。然后经过丙酮清洗及去离子水清洗去除污物，去除污物的碳纤维布置于干燥炉在450℃进行气相氧化干燥。干燥后的碳纤维布浸渍在粘度为450cP双马来酰亚胺中达20分钟，将浸渍有双马来酰亚胺的碳纤维布置于成型模具中，模具开设有等边的连续三角形，置于模具中的浸渍有双马来酰亚胺的碳纤维布，在150℃经1小时固化，经脱模制得三角形的轴线与碳纤维布的上下垂直方向呈30°夹角的波纹碳纤维板；将波纹碳纤维板置于真空加热炉中，在2KPa真空和氮气保护下，以8℃/min升温速率，升至1200℃进行碳化，保温3小时，冷却至室温后出炉；将碳化的波纹碳纤维板按相邻两片波纹碳纤维板的波纹轴线互成90°夹角的规则组装成填料块体。
实例6以直径为7-9μm，每束碳纤维为6000根的聚丙烯腈基碳纤维为原料，采用机织技术，0.15mm的碳纤维布。然后经过丙酮清洗及去离子水清洗去除污物，去除污物的碳纤维布置于干燥炉在500℃进行气相氧化干燥。干燥后的碳纤维布浸渍在粘度为500cP己内酰胺中达30分钟，将浸渍有己内酰胺的碳纤维布置于成型模具中，模具开设有等边的连续三角形，置于模具中的浸渍有己内酰胺的碳纤维布，在1200℃经2小时固化，经脱模制得三角形的轴线与碳纤维布的上下垂直方向呈30°夹角的波纹碳纤维板；将波纹碳纤维板置于真空加热炉中，在3KPa真空和氮气保护下，以10℃/min升温速率，升至1000℃进行碳化，保温5小时，冷却至室温后出炉；将碳化的波纹碳纤维板按相邻两片波纹碳纤维板的波纹轴线互成90°夹角的规则组装成填料块体。
权利要求
1.一种碳纤维规整波纹填料的制作方法，其特征在于包括以下过程(1)以直径为7-9μm，每束碳纤维为4000、6000或8000根，聚丙烯腈基碳纤维为原料，采用经编多轴向织物技术或机织技术，将碳纤维编织成目数20-40目的碳纤维网或厚度为0.1-0.15mm的碳纤维布；(2)将步骤(1)织得的碳纤维网或碳纤维布以丙酮清洗及去离子水进行表面清洗，去污；然后在400-500℃气相氧化干燥；干燥后的碳纤维网或碳纤维布浸渍在粘度为300-600cP的环氧树脂、双马来酰亚胺或己内酰胺树脂中10-30分钟，将浸渍有树脂的碳纤维网或碳纤维布放置在具有波纹条的模具中，在60-200℃之间固化，固化时间为0.5-2小时，经托模后形成碳纤维波纹网或碳纤维波纹板；(3)将步骤(2)制得的碳纤维波纹网或碳纤维波纹板置于真空加热炉中，在1-3KPa真空和氮气保护条件下，以5-10℃/min升温速率，升至950-1200℃进行碳化，保温2-5小时，冷却后出炉；(4)将步骤(3)制得的波纹碳纤维网或波纹碳纤维板，按相邻两片波纹碳纤维网或波纹碳纤维板的波纹轴向互成90°夹角的规则，把波纹碳纤维网或波纹碳纤维板组装成填料块体。
全文摘要
本发明公开了一种碳纤维规整波纹填料的制造方法，属于碳纤维规整波纹填料的制造技术。该方法包括以下过程以聚丙烯腈基碳纤维为原料，采用经编多轴向织物技术或机织技术，编织成碳纤维网或碳纤维布；然后经气相氧化、干燥；然后将碳纤维网或碳纤维布浸渍在环氧树脂、双马来酰亚胺或己内酰胺树脂之中，使浸渍有树脂的碳纤维网或碳纤维布放置在具有波纹条的模具中，经脱模后形成碳纤维波纹网或碳纤维波纹板；再予以碳化，制得波纹碳纤维网或波纹碳纤维板，再经组装成碳纤维规整波纹填料块体。本发明的优点在于制备工艺过程简单，以该方法所制造的规整波纹填料具有强耐腐蚀性能，可适于在各种腐蚀介质条件下工作。
文档编号B29C70/00GK1895768SQ20061001435
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月15日 优先权日2006年6月15日
发明者王玉林, 万怡灶, 黄远, 何芳, 周福刚 申请人:天津大学