[发明专利]沥青基碳纤维无纺毡保温板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及隔热保温材料技术领域，尤其涉及在晶体生长炉及拉晶装置、陶瓷烧结炉、真空高温热处理炉等炉中使用的沥青基碳纤维无纺毡保温板及其制造方法。

背景技术

目前国内真空高温炉中所使用的碳纤维隔热保温材料分为两类：一类是碳纤维软毡，一类是碳纤维硬毡。

碳纤维软毡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。而碳纤维硬毡隔热保温材料克服了软碳毡所存在的缺点，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被广泛使用。

碳纤维硬毡主要有黏胶基、PAN基和沥青基三种，黏胶基碳纤维虽然导热系数较小，理论分析其最适合做隔热材料，但是其抗氧化性能和强度都不及沥青基碳纤维，并且其收率极低，价格昂贵，很大程度上限制了其的使用。PAN基碳纤维由于原料便宜，生产工艺简单，国内很多厂家都在用，但是其在高温处理后，纤维变脆，容易产生碳纤维碎屑，对炉内气氛造成较大危害，并且碳纤维断面呈锯齿状，会形成尖锐的断面，对人体健康危害比较大。沥青基碳纤维含碳量高，挥发少，纯度高，导热系数相对较小，强度高不宜断裂，即使碳纤维断裂，断裂形成的断面比较圆滑对人体健康危害极小。使用沥青基碳纤维生产的隔热材料具有以下优点：1)优良的隔热性能；2)碳含量高，挥发物少，污染小；3)较高的强度。

目前国内碳纤维硬毡主要采用PAN基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。浸渍模压工艺存在的缺点是制品层间强度低，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。纤维的排列方向对隔热材料的导热性能影响比较显著，当热流平行于纤维方向时，热流受到阻力越小，导热系数越大；而热流垂直于纤维方向时，受到的阻力越大，导热系数越小。针刺毡硬化产品均有纵向拉伸的碳纤维丝束，故有一部分碳纤维与热流方向平行，因此导热系数相对比较大，相对二维结构的保温材料来说能耗大。

发明内容

本发明提供了一种沥青基碳纤维无纺毡保温板，其具有优异的隔热性能、低热容量、低密度和高强度等特性，是特别适用于真空热处理炉、单晶拉晶炉、陶瓷烧结炉等高温炉的保温材料，本发明同时提供了沥青基碳纤维无纺毡保温板的制造方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

沥青基碳纤维无纺毡保温板，包括沥青基碳纤维无纺毡保温板本体，所述沥青基碳纤维无纺毡保温板本体是由沥青基碳纤维无纺毡与有机粘结剂+溶剂的混合液混合后经裁剪、层叠、成型、固化、碳化/石墨化处理后制得的板材，沥青基碳纤维无纺毡由沥青经纺丝、预氧化和碳化制得，沥青基碳纤维无纺毡、粘结剂、溶剂的重量份比例为：100：30～200：18～600。

所述沥青基碳纤维无纺毡保温板本体单面或双面经表面处理，所处理表面由内向外依次设置碳材料粘结剂层及石墨纸/碳纤维布，成品经固化、碳化处理。

所述有机粘结剂为酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、乙烯基酯树脂、聚酰胺、丙烯酸树脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、沥青和焦油中的一种或多种。

所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、苯、甲苯中的一种或多种。

所述碳材料粘结剂层由碳材料粘结剂涂刷而成，碳材料粘结剂由可碳化材料、分散剂、短切或磨碎碳纤维、石墨粉、碳化硅粉和硅粉按重量份比例混合搅拌均匀制成，各组分的重量份比例为：可碳化材料40～100重量份、分散剂40～160重量份、短切或磨碎碳纤维5～20重量份、石墨粉25～50重量份、碳化硅粉10～30重量份、硅粉5～20重量份；其中石墨粉颗粒直径为10-600μm，碳化硅粉粒度为200-1000目，硅粉粒度为200-1000目。

所述可碳化材料为酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、乙烯基酯树脂、聚酰胺、丙烯酸树脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、沥青或焦油中的一种、两种或两种以上组合；所述分散剂为甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、呋喃甲醇、呋喃甲醛、苯或甲苯中的一种、两种或两种以上组合。

所述短切或磨碎碳纤维为沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维或聚丙烯氰基碳纤维中的一种、两种或两种以上组合，碳纤维平均长度为10～1200μm。

所述沥青基碳纤维无纺毡保温板本体单面或双面经涂层浸渍或气相沉积处理，成品整体经固化、碳化处理。