[发明专利]一种高性能复合碳纤维保温筒的制造方法

摘要

本发明涉及一种高性能复合碳纤维保温筒的制造方法，将短切碳纤维和磨碎碳纤维组成的混合碳纤维与有机粘结剂、溶剂混合后，去除其中的溶剂，将表面包覆有机粘结剂的复合碳纤维与水、分散剂混合形成碳纤维混合浆料，经真空抽吸成型制成复合碳纤维保温筒预制品；采用热蒸汽或热空气加热的方式使其脱水并完成不熔化、不溶化处理；然后经碳化或石墨化处理，得到复合碳纤维保温筒成品。本发明所制成的复合碳纤维保温筒具有隔热性能好、抗氧化性好、热容量低、强度高的特性，且制作工艺简单，成本低，成品形状及尺寸可控，密度可调；成品不易开裂，自支撑性好，使用寿命长；经表面处理后还可具有优良的抗氧化性能，并进一步提高使用寿命。

主权项

一种高性能复合碳纤维保温筒的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：1)制备短切碳纤维；将碳纤维短切，得到平均长度为1～80mm的短切碳纤维；2)制备磨碎碳纤维；将碳纤维磨碎，得到平均长度为100～800μm的磨碎碳纤维；3)将短切碳纤维与磨碎碳纤维按照10～90﹕90～10的重量份比例，采用旋风分离器充分混合均匀，得到混合碳纤维；4)将混合碳纤维与有机粘结剂、溶剂按100﹕20～230﹕3～920的重量份比例混合，得到碳纤维混合液；将碳纤维混合液放入网袋中，经网孔孔径为1～50μm的网袋初滤后，再采用50～60℃的热空气向网袋内直吹10～30min，使碳纤维混合液中的溶剂完全挥发，得到表面包覆有机粘结剂的复合碳纤维；5)将表面包覆有机粘结剂的复合碳纤维与水、分散剂按照0.3～6﹕100﹕0.1～2的重量份比例充分混合，形成均匀的碳纤维混合浆料；6)将碳纤维混合浆料采用真空抽吸成型；将真空抽吸所用的保温筒成型模具浸入成型池中，保温筒成型模具由套装在一起的内模具、外模具组成，内、外模具均为圆筒形结构；其中内模具由筛板制成，其外表面固定有筛网，筛网的孔径为30～200μm，外模具为网格状结构，网格孔的单边或径向尺寸为30～100mm；所述保温筒成型模具以轴线呈竖直状态放置在成型池内，其上端设有吊具用于浸入成型池时调节其高度；所述内模具、外模具与上、下端板之间形成真空成型室，且真空成型室具有与复合碳纤维保温筒相配合的形状和尺寸；抽吸管沿内模具纵向中心通长设置；在抽吸管的作用下，碳纤维混合浆料在内、外模具之间按规律排列成型，制成复合碳纤维保温筒预制品；7)将复合碳纤维保温筒预制品连同保温筒成型模具一起从成型池中取出，采用100～240℃的热蒸汽或热空气加热2～5小时，使复合碳纤维保温筒预制品脱水并完成不熔化、不溶化处理；8)经脱水及不熔化、不溶化处理后的复合碳纤维保温筒预制品脱模，然后放入真空炉中或在惰性气氛下碳化，碳化温度为800～1800℃；也可根据使用要求进行石墨化处理，石墨化温度为1800～2500℃；经碳化或石墨化处理后即得到高性能的复合碳纤维保温筒；9)所制得的复合碳纤维保温筒的密度为0.1～0.35g/cm3，导热系数小于0.35W/m·K；10)根据需要可选择地对复合碳纤维保温筒进行表面处理；以增加其抗气流冲刷及抗氧化性能，提高其使用寿命；表面处理的具体步骤为：a.对复合碳纤维保温筒经机械加工进行表面磨光；b.在复合碳纤维保温筒的内/外或内、外表面涂刷粘结剂层,根据需要可进一步在粘结剂层外粘贴防护层，防护层为柔性石墨纸/碳纤维布、碳布或石墨薄板，也可以不粘贴防护层；c.对经b步骤处理后的复合碳纤维保温筒进行固化处理，再进行碳化/石墨化处理，得到经表面处理的复合碳纤维保温筒。