[发明专利]一种硬质碳纤维隔热保温板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维隔热保温材料制备技术领域，具体涉及一种用于太阳能晶体生长炉、高温热处理炉、陶瓷烧结炉、特种气氛高温炉等高温状态下使用的硬质碳纤维隔热保温板及其制备方法。

背景技术

我国拥有硬质合金烧结炉、单晶硅炉、多晶铸锭炉、真空冶炼炉、真空热处理炉、气相沉积炉等多种高温炉至少10万台以上，这些高温炉目前很大一部分仍普遍采用传统的隔热保温材料。由于传统的隔热保温材料难以做成薄型隔热层，导致炉体体积增加，以至于难以满足2000℃以上的需求，并存在耐气氛腐蚀能力差、热场不稳定等诸多弊端，因此开发一种隔热保温性能好，耐高温，无杂质污染，耐腐蚀的隔热保温材料势在必行，而碳纤维隔热保温材料就具有上述特点，首当其冲的成为高温隔热保温材料的首选。

目前，国内的碳纤维隔热保温材料一般采用层压工艺制备，其整体性差，易分层等缺点。近几年来，国内报到了真空抽滤方法制备碳纤维隔热保温材料，如中国专利200810011610.6公开了一种制备刚性碳纤维隔热保温材料的方法，该方法将磨碎碳纤维与粘结剂及分散剂溶液充分混合，经真空抽滤或模压成型。然后将预成型品进行不熔化、炭化处理制得。这种方法工艺简单，但分散体系复杂，对长径比大的碳纤维难以分散，且碳纤维过细，导致真空抽滤系统容易堵塞，溶液难以抽干，产品会过于蓬松，因而碳纤维搭接不好，产品容易掉粉。又如中国专利201310489217.9公开了一种制备复合碳纤维硬质保温毡的方法，该方法由碳纤维真空抽滤层成型，复合黏胶基碳纤维毡或聚丙烯腈基碳纤维针刺毡层、浸粘结剂及针刺并涂覆上表面处理层、成型和后处理等步骤制备。这种方法考虑了高温面和低温面的不同结构设计，但工艺复杂，虽有针刺但由于两种碳纤维编制工艺及密度不同，仍存在明显的层间面，整体性还是不好，并且原料的回收难度较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够突出炉内热场分布要求和结合不同类别碳纤维的性能优势的硬质碳纤维隔热保温板及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供一种硬质碳纤维隔热保温板的制备方法，所述制备方法包括：步骤S1，坯体真空抽滤成型：真空抽滤两组不同的碳纤维浆液，形成坯体；其中，两组不同的碳纤维浆液分别形成坯体的底部和顶部；步骤S2，坯体固化成型：以0.1-5℃/min的升温速率将抽滤后的坯体加热至180-300℃；步骤S3，坯体炭化处理：将固化后的坯体在真空或是惰性气体的环境中，加热至600-1200℃进行炭化处理；步骤S4，坯体表面处理：将炭化后的坯体进行表面打磨、吸尘处理，处理好后再进行表面抗氧化性处理和/或表面加固处理；步骤S5，坯体高温处理：将表面处理后的坯体转移到真空或是惰性气体的环境中，加热至2000-2800℃进行高温处理，制备成硬质碳纤维隔热保温板。

其中，在上述制备方法中，所述步骤S1包括：步骤S11.A类碳纤维丝的制备：磨碎碳纤维丝，得到长度为10-30mm的碳纤维丝占比为50％-90％，长度为1-5mm的碳纤维丝占比为10％-50％的A类碳纤维丝；步骤S12.B类碳纤维丝的制备：磨碎不同于A类的碳纤维丝，得到长度为10-30mm的碳纤维丝占比为50％-90％，长度为1-5mm的碳纤维丝占比为10％-50％的B类碳纤维丝；步骤S13.制备碳纤维浆液：按重量份称取A类碳纤维丝0.5-5份、分散剂0.5-5份和水100份，搅拌均匀得到A类碳纤维浆液；按重量份称取B类短碳纤维丝0.5-5份、分散剂0.5-5份和水100份，搅拌均匀得到B类碳纤维浆液；步骤S14.浇注模真空抽滤成型：将A类碳纤维浆液浇注在真空抽滤模具中，抽滤至坯体厚度达到3-20mm，形成坯体底部；将B类碳纤维浆液浇注在真空抽滤模具中，抽滤至坯体厚度达到10-180mm，形成坯体顶部。

其中，在上述制备方法中，所述步骤S1还包括：步骤S15.树脂浇注：向真空抽滤模具中浇注树脂溶液直到溶液浸没坯体，启动真空抽滤，抽走多余的树脂溶液。

其中，在上述制备方法中，所述树脂溶液为酚醛树脂溶液、环氧树脂溶液、呋喃树脂溶液、脲醛树脂溶液、乙烯基脂树脂溶液中的一种。

其中，在上述制备方法中，所述A类碳纤维丝为沥青基碳纤维、酚醛基碳纤维中的一种或多种，或由其中一种与聚丙烯腈基碳纤维混合组成。

其中，在上述制备方法中，所述B类碳纤维丝为黏胶基碳纤维、聚丙烯腈基碳纤维中的一种或多种。

其中，在上述制备方法中，所述压制固化成型工艺为冷模压工艺或热压机压制工艺中的一种。