三明治固化碳氈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種三明治固化碳氈。是由一層基體碳氈、一層復(fù)合粘接劑、再一層基體碳氈交叉粘接而成。復(fù)合粘接劑為前驅(qū)體，經(jīng)固化、炭化、高溫純化得到一層致密的阻熱流層。同時，該阻熱流層又起到了粘接作用，將兩邊的基體碳氈粘接成一個整體?；w碳氈與復(fù)合粘接劑相互作用，其復(fù)合結(jié)合強度遠大與碳氈本身的剝離強度，因而保證了阻熱流層與碳氈的結(jié)合強度，形成統(tǒng)一的整體，很難分離或剝離脫落。另外，該阻熱流層的硬度、強度遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)石墨紙，這樣制備得到的三明治固化碳氈不但具有阻隔和抵抗熱流的能力，其支撐性能、整體強度均優(yōu)于傳統(tǒng)三明治固化碳氈以及常規(guī)固化碳氈。
【專利說明】三明治固化碳氈

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于高溫爐中使用的一種隔熱保溫固化碳氈。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，固化碳氈較石墨化軟氈具有低揮發(fā)性、低操作損傷、良好的支撐性能以及安裝更換方便等諸多優(yōu)點，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于真空高溫爐或惰性氣氛高溫爐，例如真空高壓氣淬爐、真空燒結(jié)爐、加壓真空燒結(jié)爐、單晶硅爐、多晶硅爐、碳化硅重結(jié)晶爐等。然而在實際生產(chǎn)中，尤其在高溫熱流較多的爐體中，熱流成為熱損失的主要途徑，大量熱量隨熱流從高溫區(qū)向低溫區(qū)(爐壁)傳遞，為此，國外研究機構(gòu)發(fā)明了一種三明治夾心結(jié)構(gòu)固化碳氈，即在碳租與碳租之間加入一層石墨紙，其中碳租-石墨紙-碳租之間利用高溫粘接劑粘接而成。由于石墨紙表面孔隙率很低，有效的阻止了熱量隨熱流的攢動損失，提高了能源利用率，因而得到了廣泛使用。
[0003]然而，在實際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，這種三明治固化碳氈對生產(chǎn)需要的高溫粘接劑要求很高，主要是因為加入的石墨紙本身惰性很強，很難與碳氈之間形成有效的粘接；另夕卜，即使碳氈與石墨紙之間的粘接良好，由于石墨紙本身是一種柔性石墨，為表層與紙心層的結(jié)合強度很低，很容易剝離。因此，這種三明治結(jié)構(gòu)固化碳氈在使用過程碳氈或石墨紙很容易損傷脫落，嚴重影響其阻流隔熱性能和使用壽命。
[0004]綜上所述，突破三明治夾心固化碳氈的固有瓶頸，研發(fā)一種新型的抗流固化碳氈迫在眉睫。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述，本發(fā)明的目的在于提供一種三明治固化碳氈，以降低或減少高溫環(huán)境下熱量隨熱流的損失，且使用過程中不會出現(xiàn)分層、損傷脫落等現(xiàn)象的發(fā)生，進而節(jié)約能源和材料成本。
[0007]為實現(xiàn)上述之目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種三明治固化碳氈，是由一層基體碳氈、一層復(fù)合粘接劑、再一層基體碳氈交叉粘接--? 。
[0008]上述的復(fù)合粘接劑是由100份稀釋劑、90-160份無機填料、2-15份固化劑和80-120份樹脂組成。
[0009]上述的稀釋劑為工業(yè)乙醇、或為甲醇，或為丙酮。
[0010]上述的無機填料為石墨、白炭黑、炭黑、碳化硅中的一種或幾種的組合。
[0011]上述的固化劑為硼酸、六亞甲基四胺、對甲苯磺酸、Τ31、硫酸乙酯、石油磺酸中的一種或幾種的組合。
[0012]上述的樹脂為酚醛樹脂，或為環(huán)氧樹脂。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下突出的優(yōu)點和效果: 1.本發(fā)明原料易得，可選擇范圍寬，制備工藝簡單、成本低廉。
[0014]2.本發(fā)明放棄了傳統(tǒng)三明治固化碳氈以石墨紙層作為阻熱流層，轉(zhuǎn)而利用復(fù)合粘接劑為前驅(qū)體，經(jīng)固化、炭化、高溫純化得到一層致密的阻熱流層。同時，該阻熱流層又起到了粘接作用，將兩邊的基體碳氈粘接成一個整體。因為前期在涂刷復(fù)合粘接劑的過程中，伸入到復(fù)合粘接劑層內(nèi)的纖維，后期成了阻熱流層的增強相，且其結(jié)合強度遠大于碳氈本身的剝離強度，因而保證了阻熱流層與碳氈的結(jié)合強度，形成統(tǒng)一的整體，很難分離或剝離脫落。另外，該阻熱流層的硬度、強度遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)石墨紙，這樣制備得到的三明治固化碳氈不但具有阻隔和抵抗熱流的能力，其支撐性能、整體強度優(yōu)于傳統(tǒng)三明治固化碳氈以及常規(guī)固化碳租。
[0015]3.本發(fā)明不受石墨紙本身局限性制約，可以方便制備各種形狀復(fù)雜的三明治固化碳租熱場。
[0016]4.本發(fā)明制備得到的三明治固化碳氈，層間結(jié)合強度好，安裝、清理等人為損傷小，且不易掉渣或掉塊，延長了使用壽命，節(jié)約了成本。
[0017]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明制備的筒狀三明治固化碳氈。
[0019]圖2為本發(fā)明制備的三明治固化碳氈板材。

【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案再作進一步的描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0021]實施例1
述的復(fù)合粘接劑是由100份稀釋劑、90-160份無機填料、2-15份固化劑和80-120份樹脂組成。
[0022]i 一種A型三明治固化碳氈:
a.先用工業(yè)乙醇稀釋石油磺酸，其中工業(yè)乙醇和石油磺酸的重量比為100份:2份，然后攪拌20分鐘，接著在攪拌下將80份酚醛樹脂逐漸加入，最后將碳化硅90份加入溶液中，繼續(xù)攪拌30分鐘后即制得復(fù)合粘結(jié)劑。
[0023]b.在基體碳租粘接表面上均勻涂刷a.步驟制得復(fù)合粘接劑，層厚0.7mm,復(fù)合粘接劑上粘貼基體碳氈，然后逐層疊放壓緊，壓力35MPa ；
c.將b步驟中加壓的樣品連同模具或加壓設(shè)備，在大氣環(huán)境中，從室溫升高到120°C，保溫1.5小時后，再升溫至180°C后固化2.5小時后取出自然降溫得到固化試樣；
d.將c步驟固化試樣放入有氬氣保護的炭化爐中，以40-60°C/h的升溫速率升溫至1000-1500°C炭化2小時后隨爐降溫；
e.將d步驟中獲得的試樣放入高溫純化爐，100°C/h升溫至2000°C，處理I小時后隨爐降溫，即制備得到三明治固化碳氈試樣。
[0024]? 一種B型三明治固化碳氈:
a.先用甲醇稀釋硫酸乙酯，其中甲醇和硫酸乙酯的重量比為100份:15份，然后攪拌20分鐘，接著在攪拌下將120份環(huán)氧樹脂逐漸加入，最后將炭黑160份加入溶液中，繼續(xù)攪拌30分鐘后即制得復(fù)合粘結(jié)劑。
[0025]b.在基體碳租粘接表面上均勻涂刷a.步驟制得復(fù)合粘接劑，層厚1.6mm,復(fù)合粘接劑上粘貼基體碳氈，然后逐層疊放壓緊，壓力60MPa ；
c.將b步驟中加壓的樣品連同模具或加壓設(shè)備，在大氣環(huán)境中，從室溫升高到120°C，保溫2小時后，再升溫至180°C后固化4小時后取出自然降溫得到固化試樣；
d.將c步驟固化試樣放入有氬氣保護的炭化爐中，以40-60°C/h的升溫速率升溫至1000-1500°C炭化3小時后隨爐降溫；
e.將d步驟中獲得的試樣放入高溫純化爐，100C/h升溫至2500 °C處理2小時后隨爐降溫，即制備得到三明治固化碳氈試樣。
[0026]iii普通筒狀三明治固化碳租:
a.裁切制備筒狀抗熱流熱場所需碳氈若干；
b.制備復(fù)合粘接劑:先用100份質(zhì)量工業(yè)乙醇稀釋12份對甲苯磺酸，然后攪拌20分鐘，接著在攪拌下將100份酚醛樹脂逐漸加入，最后加入90份石墨、16份白炭黑，繼續(xù)攪拌30分鐘后即制得復(fù)合粘結(jié)劑；
c.取裁切好的碳氈一塊，將制備好的復(fù)合粘接劑涂刷在碳氈表面，只涂刷單面，厚度為1.6mm ；
d.將C步驟中碳氈纏繞在模具上，涂有粘接劑的一面緊貼模具表面，然后將接口用碳繩縫合；然后在碳氈外側(cè)面(未涂膠面)涂刷工業(yè)乙醇；
e.重復(fù)c和d步驟，直到達到所要制備筒狀碳氈的厚度的要求為止；注意，每次縫合口要錯開；最后一層碳氈外側(cè)涂刷Imm厚度復(fù)合粘接劑，然后纏繞一層青稞紙，用模具加緊、定型；
f.將上述樣品連同模具，在大氣環(huán)境中，從室溫升高到120°C，保溫2小時后，再升溫至180°C后固化2小時后自然降溫、脫模得到固化試樣；
g.將上述固化試樣放入有氬氣保護的炭化爐中，以40°C/h的升溫速率升溫至1000°C炭化2小時后隨爐降溫；
h.將炭化好的試樣放入高溫純化爐，100°C/h升溫至2000°C，處理2小時后隨爐降溫。
[0027]即制備得到筒狀三明治固化碳氈熱場，如圖1所示。其體積密度為0.17g/cm3，剝離試驗結(jié)果如圖2所示，全部為基體碳氈破損，表明粘接力大于碳氈剝離強度0.12-0.16N/mm2 ;傳統(tǒng)筒狀三明治結(jié)構(gòu)固化碳氈熱場體積密度為0.28g/cm3，剝離強度小于碳氈基體剝離強度。
[0028]實施例2
超大(直徑大于1.2m)超薄(厚度小于0.04m)筒狀三明治固化碳租熱場的制備:
a.裁切制備筒狀抗熱流熱場所需碳氈若干；
b.制備復(fù)合粘接劑:先用100份質(zhì)量工業(yè)乙醇稀釋12份對甲苯磺酸，然后攪拌20分鐘，接著在攪拌下將90份酚醛樹脂逐漸加入，最后加入60份石墨、30份白炭黑、20份碳化硅，繼續(xù)攪拌30分鐘后即制得復(fù)合粘結(jié)劑；
c.取裁切好的碳氈一塊，將制備好的復(fù)合粘接劑涂刷在碳氈表面，只涂刷單面，厚度約1.2mm ；
d.將C步驟中碳氈纏繞在模具上，涂有粘接劑的一面緊貼模具表面，然后將接口用碳繩縫合；然后在碳氈外側(cè)面再涂刷一層復(fù)合粘接劑，厚度約為Irnm ；
e.重復(fù)c和d步驟，直到達到所要制備筒狀碳氈厚度的要求為止；注意，每次縫合口要錯開；最后一層碳氈外側(cè)涂刷約Imm厚度復(fù)合粘接劑，然后纏繞一層青稞紙，用模具加緊、定型；
f.將e步驟得到的樣品連同模具，在大氣環(huán)境中，從室溫升高到120°C，保溫I小時后，再升溫至180°C后固化I小時后自然降溫、脫模得到固化試樣；
g.將f步驟固化試樣放入有氬氣保護的炭化爐中，以60°C/h的升溫速率升溫至1000°C炭化2小時后隨爐降溫；
h.將g步驟炭化好的試樣放入高溫純化爐，100C/h升溫至2500 0C，處理I小時后隨爐降溫。
[0029]即制備得到超大超薄筒狀三明治固化碳氈熱場，其體積密度為0.2g/cm3。
[0030]實施例3
三明治固化碳氈板材的制備:
a.裁切制備筒狀抗熱流熱場所需碳氈若干；
b.制備復(fù)合粘接劑:先用100份質(zhì)量工業(yè)乙醇稀釋12份硼酸、15份T31，然后攪拌20分鐘，接著在攪拌下將90份環(huán)氧樹脂逐漸加入，最后加入90份炭黑、20份白炭黑，繼續(xù)攪拌30分鐘后即制得復(fù)合粘結(jié)劑；
c.取裁切好的碳氈一塊，將制備好的復(fù)合粘接劑涂刷在碳氈表面，雙面涂刷，厚度約
Imm ；
d.將C步驟中碳氈逐層疊放、壓緊定型；
e.將d步驟定型的樣品連同模具，在大氣環(huán)境中，從室溫升高到120°C，保溫2小時后，再升溫至180°C后固化3小時后自然降溫、脫模得到固化試樣；
f.將e步驟固化試樣放入有氬氣保護的炭化爐中，以60°C/h的升溫速率升溫至1000°C炭化3小時后隨爐降溫；
g.將f步驟炭化好的試樣放入高溫純化爐，100°C/h升溫至2000°C或者更高溫度，處理I小時后隨爐降溫。
[0031]即制備得到三明治固化碳氈板材，其體積密度為0.16g/cm3，剝離試驗結(jié)果如圖2所示，全部為基體碳氈破損，表明粘接力大于碳氈剝離強度0.12-0.16N/mm2 ;傳統(tǒng)三明治結(jié)構(gòu)固化碳氈板材體積密度為0.26-0.29g/cm3，剝離強度小于碳氈基體剝離強度。
【權(quán)利要求】
1.一種三明治固化碳氈，其特征是由一層基體碳氈、一層復(fù)合粘接劑、再一層基體碳氈交叉粘接而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三明治固化碳氈，其特征是上述的基體碳氈為聚丙烯腈基碳氈、浙青基碳氈、粘膠基碳氈中一種或幾種的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型三明治固化碳氈，其特征是上述的復(fù)合粘接劑是由稀釋劑、無機填料、固化劑和樹脂組成，其重量比為稀釋劑100份、無機填料90-160份、固化劑2-15份、樹脂80-120份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三明治固化碳氈，其特征是上述復(fù)合粘接劑的稀釋劑為工業(yè)乙醇、或為甲醇、或為丙酮。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三明治固化碳氈，其特征是上述復(fù)合粘接劑的無機填料為石墨、白炭黑、炭黑、碳化硅中的一種或幾種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三明治固化碳氈，其特征是上述復(fù)合粘接劑的固化劑為硼酸、六亞甲基四胺、對甲苯磺酸、T31、硫酸乙酯、石油磺酸中的一種或幾種的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三明治固化碳氈，其特征是上述復(fù)合粘接劑的樹脂為酚呋喃樹脂、醛樹脂、環(huán)氧樹脂中的一種或幾種的組合。
【文檔編號】B32B5/02GK104339730SQ201310329454
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】柴昌盛, 楊子元 申請人:甘肅郝氏炭纖維有限公司