[发明专利]一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法

权利要求书

1.一种具有密度梯度的碳纤维硬毡的制备方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：

1) 根据炉内的热场的温度梯度，制定目标成品的碳纤维硬毡的厚度方向上的各层的密度；

控制在热场温度T1为1600℃＜T1≤2400℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层一的密度ρ1为0.2 kg/m³≤ρ1≤0.3 kg/m³；

控制在热场温度T2为1200℃＜T2≤1600℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层二的密度ρ2为0.15 kg/m³≤ρ2≤0.2 kg/m³；

控制在热场温度T3为600℃＜T3≤1200℃的区域中，目标成品的碳纤维硬毡中的碳纤维硬毡层三的密度ρ3为0.12 kg/m³≤ρ3≤0.15 kg/m³；

2）根据碳纤维硬毡层一的密度ρ1，确定碳纤维软毡一的原丝类型与克重：采用克重为1200g/m²～1500g/m²的沥青基碳纤维软毡、克重为1200g/m²～1500g/m²的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1200g/m²～1500g/m²的粘胶基碳纤维软毡；

根据碳纤维硬毡层二的密度ρ2，确定碳纤维软毡二的原丝类型与克重：采用克重为1000g/m²～1200g/m²的沥青基碳纤维软毡、克重为1000g/m²～1200g/m²的聚丙烯腈基碳纤维软毡或克重为1000g/m²～1200g/m²的粘胶基碳纤维软毡；

根据碳纤维硬毡层三的密度ρ3，确定碳纤维软毡三的原丝类型与克重：采用克重为600g/m²～1000g/m²的沥青基碳纤维软毡；

3) 以热固性树脂的有机溶剂溶液作为浸渍液，将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三放入浸渍液中进行浸渍处理，浸渍完成后经挤压轮挤压出多余的浸渍液，然后将碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三分别放入烘箱中进行烘干脱水处理，完成后分别制得碳纤维预浸料毡一、碳纤维预浸料毡二、碳纤维预浸料毡三；

4) 将碳纤维预浸料毡一、碳纤维预浸料毡二、碳纤维预浸料毡三按照从炉腔的中心到炉腔的边缘的顺序摆放，且将碳纤维预浸料毡一的外长宽表面与碳纤维预浸料毡二的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，且将碳纤维预浸料毡二的外长宽表面与碳纤维预浸料毡三的内长宽表面用粘结剂胶粘连接在一起，完成后制得多层状的半成品A；所述粘结剂包括以下质量百分数的组分：苯酚、二甲苯酚、短纤以及炭黑中的一种或几种的占比为0.5wt%～1.5wt%，偶联剂的占比为0.1wt%～1wt%，增稠剂的占比为0.5wt%～1.5wt%，发泡剂的占比为0.1wt%～0.75wt%，呋喃树脂以及环氧树脂中的一种或者两种的占比为10wt%～30wt%，酚醛树脂的占比为余量；

所述短纤为沥青基碳化短纤、粘胶基碳化短纤、聚丙烯腈基碳化短纤中的一种或几种，所述短纤的直径为4～10微米且长度为2～4mm；

5) 将步骤4)制得的半成品A放在模具内，在热压机内通过热压固化处理变成具有一定尺寸和形状的碳纤维硬毡毛胚；

6) 在步骤5)制得的碳纤维硬毡毛胚的外表面上涂覆表面处理剂，完成后制得半成品B；所述表面处理剂包括以下质量百分数的组分：呋喃树脂以及环氧树脂中的一种或者两种的占比为5wt%～10wt%，酚醛树脂的占比为10wt%～15wt%，60目～200目的炭黑的占比为5wt%～15wt%，表面活性剂的占比为0.1wt%～0.5wt%，增稠剂的占比为0.5wt%～1.5wt%，乙醇的占比为余量；

7) 将步骤6)制得的半成品B在真空高温炉中烧结，去除原料及生产过程中的各种杂质，并使碳原子的晶格排列更加整齐，烧结完成后制得石墨化的碳纤维硬毡。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述热固性树脂为呋喃树脂、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，在烘箱中，浸渍后的碳纤维软毡一、碳纤维软毡二以及碳纤维软毡三被温度为80℃的热风吹扫，以用于脱去表面水分。