[发明专利]刚性碳纤维隔热保温材料的制造及表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维隔热保温材料技术领域，用于晶体生长炉及拉晶装置、陶瓷烧 结炉、真空高温热处理炉、惰性气体保护炉等高温状态下使用的刚性碳纤维隔热保温材料 及制造方法。

背景技术

随着科技的进步，军事、国防和科研等领域对稀有金属(如钼钨等)和磁性材料都有 着极大的需求。而这些材料的生产都与高温炉、真空炉有着直接或间接的关系。此外，在 工业技术领域，对工件或原材料的高温处理都在高温真空炉或惰性气体保护炉中完成。高 温真空炉的炉内温度一般都在2000℃以上，这就对保温材料提出了非常苛刻的要求—— 既要求保温效果好节省能源又要求耐高温、经久耐用无污染，这也是高温隔热保温材料的 发展趋势。而普通的保温材料都无法承受如此高的温度，碳纤维保温材料由于其优越的隔 热特性、低热容量而成为高温隔热保温的首选材料。

目前国内真空高温炉中所使用的隔热保温材料一般采用软碳毡(针刺毡)，这种结构 的隔热保温材料存在强度低、易变形、易粉化、隔热效果差及拆卸、安装费时费力等缺点。 而刚性碳纤维隔热保温材料将克服软碳毡这种隔热保温所存在的缺点，作为晶体炉、陶瓷 烧结炉、气相沉积炉等高温炉用隔热保温材料将被广泛使用。

目前国内碳纤维硬毡主要采用软碳毡浸渍模压或软碳毡浸渍分层粘贴(石墨纸和碳纤 维间隔粘贴)的成型工艺。软碳毡浸渍模压工艺存在的缺点是制品强度低，高温使用条件 下制品易分层开裂，使用寿命短等，由于强度相对较低，拆卸安装不够方便；采用分层粘 贴成型方式制成的硬毡，虽然强度有所提高，但制品的导热系数增大，保温性能变差，降 低隔热效果。

发明内容

本发明的目的是为解决上述问题而提供的一种刚性碳纤维隔热保温材料的制造及表 面处理方法，采用该方法制出的刚性碳纤维保温材料，其具有隔热性能异、低热容量、低 密度和高强度等特性。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种刚性碳纤维隔热保温材料的制造方法，该方法包括如下步骤：

1)磨碎碳纤维，得到平均长度为200-1600μm的磨碎碳纤维：

2)将磨碎碳纤维与粘结剂、分散剂充分混合，混合均匀，磨碎碳纤维、粘结剂、 分散剂的重量份比例为：磨碎碳纤维25-75重量份、粘结剂75-25重量份、分 散剂0.4-10.5重量份；

3)将上述混合物进行真空抽滤成型，制成规定形状的刚性保温材料预制品；

4)以5～65℃/h的加热速率将上述刚性保温材料预成型品加热到200～350℃进行不 熔化处理；

5)将不熔化处理后的预成型品在惰性气氛下碳化，温度为1000～1800℃；或石墨 化处理，石墨化温度为1800-2500℃，制造出刚性碳纤维保温材料。

所述的碳纤维选自沥青基碳纤维、PAN基碳纤维、粘胶基碳纤维中的一种。

所述的粘结剂选自25％～75％的蔗糖溶液、20％～50％沥青纤维或粉状沥青悬浮水溶 液、热固性树脂酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、或热缩性树脂聚乙烯、 聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚酰胺、聚苯乙烯、丙烯酸树脂中的一种。

所述的分散剂选自甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、或羟丙基甲基纤维 素中的一种。

为增加刚性碳纤维保温材料的表面性能，需要对上述碳化/石墨化后的刚性碳纤维隔 热保温材料进行表面处理，在碳化/石墨化后的刚性碳纤维隔热保温材料表面粘贴一薄层 柔性石墨纸、石墨布、碳布、石墨薄板或进行表面涂层硬化处理，能够防止炉内气体直接 与刚性保温材料直接接触，抗气流冲刷，并具有一定的抗氧化性能，进一步提高其使用寿 命。

表面处理方法包括如下步骤：

1)将碳化/石墨化的刚性碳纤维保温材料进行表面磨光处理，使表面平整；

2)在平整后的刚性碳纤维保温材料涂刷粘结剂形成粘结剂层，在粘结剂层上粘 贴石墨纸、石墨布、碳纤维布或涂层；

3)以1-15℃/min的升温速率升温到150-350℃，在此温度下恒温1-5.5h，固 化粘结剂层，制成预成型品；

4)将预成型品于1000℃-1800℃下在惰性气氛下碳化，制成贴膜刚性碳纤维保温 材料。

所述的粘结剂由酚醛树脂和碳化硼按重量份比例配制而成，酚醛树脂∶碳化硼＝100∶ (40～160)，按上述比例将酚醛树脂和碳化硼混合均匀，即得到高温粘结剂。