[發明專利]一種高溫爐用炭/炭復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210516556.7
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN102936148A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 楊宇;張紅波;左勁旅
• 申請（專利權）人: 湖南博云新材料股份有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵;李玉秋

技術領域

本發明涉及復合材料制備領域，尤其涉及一種高溫爐用炭/炭復合材料的制備方法

背景技術

近些年來，隨著汽車，太陽能行業規模的不斷發展擴張，帶動了傳統鋼鐵，有色冶金，粉末冶金及多晶硅產業的迅猛發展，而高溫爐作為這些行業領域必不可少的設備，其市場規模也得到了巨大的發展，這直接導致了高溫爐用熱場材料需求量的增加。傳統的高溫爐用熱場材料（包括結構件，發熱體等）多采用石墨材料，而傳統石墨材料由于強度低，熱膨脹系數較大，加工性能較差，而且隨著技術的發展，高溫爐設計尺寸的不斷變大，在很多場合石墨材料已經不能滿足設計加工的需要。而炭/炭復合材料作為一種性能優異的高溫結構材料，具有重量輕，韌性好，耐燒蝕，抗熱沖擊性好，熱膨脹系數小，外形可設計性強及良好的加工性能，在高溫爐用熱場材料領域具有廣闊的應用前景。

目前，高性能炭/炭板材的主要制備方法有兩種，一種是采用化學氣相沉積工藝制備，該方法生產周期長，對設備要求高，而且不適合大尺寸薄型平板件的制備。另外一種工藝則是采用炭布疊層熱壓制備，目前國內制備炭/炭板材多采用該工藝，但是由于該工藝采用炭布疊層作為預制體，炭布與炭布之間缺乏層間結合力，所以該工藝制得的炭/炭板材抗彎強度較低，當承受橫向剪切時，容易出現分層開裂的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種層間結合力強，彎曲強度高，不容易分層開裂的炭/炭復合材料的制備方法。

為了解決以上技術問題，本發明提供了一種炭/炭復合材料的制備方法，包括：

a）提供炭纖維坯體；所述炭纖維坯體由至少兩層炭纖維型材編制而成；

b）將所述炭纖維坯體浸入樹脂材料中，進行浸漬，得到預制件；

c）將所述預制件進行預固化和熱壓固化成型得到成型件；

d）將所述成型件進行炭化處理，得到炭/炭復合材料。

優選的，還包括：

e）將步驟d）得到的炭/炭復合材料重復步驟b）和步驟d）操作2~5次。

優選的，還包括步驟f）將步驟e）得到的炭/炭復合材料進行高溫熱處理。

優選的，步驟a）中的炭纖維坯體通過以下方法制備：

將至少一層平紋炭纖維型材和至少一層網狀炭纖維型材疊層鋪設，并連續針刺形成炭纖維織物；

將所述炭纖維織物進行熱處理，得到炭纖維坯體。

優選的，所述炭纖維型材由聚丙烯腈基炭纖維、粘膠基炭纖維、瀝青基纖維平鋪或編制而成。

優選的，步驟b）中的浸漬為真空浸漬或加壓浸漬。

優選的，所述樹脂材料為酚醛樹脂、呋喃樹脂、環氧樹脂、聚烯烴樹脂、聚氨酯樹脂中的一種或幾種。

優選的，所述樹脂材料的炭收率為40%~60%。

優選的，步驟c）具體為：

c1）將所述預制件在60~120℃下進行預固化10~15h；

c2）將所述預固化后的預制件在溫度為130~250℃，壓力為1~6MPa條件下熱壓固化，得到成型件。

優選的，所述步驟d）中的炭化處理具體為：

將所述成型件在氮氣氣氛中加熱至800~1300℃，至所有樹脂材料全部炭化結束。

本發明提供的炭/炭復合材料先將炭纖維型材進行編制然后通過整體針刺形成炭纖維坯體，增強炭/炭復合材料的層間結合力，彎曲強度，采用該工藝制備炭/炭復合板材，生產工藝簡單，周期較短，從坯料炭纖維針刺氈到密度≥1.5g/cm³的炭/炭板材成品，全部流程只需1個月，適合批量生產。該工藝適合0.7～20mm厚的薄板制備，產品整體缺陷較少，質量一致性高，由于采用了炭纖維整體針刺氈作為坯體，產品在抗壓，抗彎等力學性能上大大優于同密度的石墨制品。該工藝采用熱固性酚醛樹脂或者呋喃樹脂作為粘結劑，成本低廉，安全無毒，操作更方便。本發明提供的制備方法制備的復合材料可以用于形成高溫爐內的板、管或異形件。

具體實施方式

為了進一步了解本發明，下面結合實施例對本發明的優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特征和優點而不是對本發明專利要求的限制。

本發明提供了一種炭/炭復合材料的制備方法，包括：

a）提供炭纖維坯體；所述炭纖維坯體由至少兩層炭纖維型材編制而成；

b）將所述炭纖維坯體浸入樹脂材料中，進行浸漬，得到預制件；

c）將所述預制件進行預固化和熱壓固化成型得到成型件；

d）將所述成型件進行炭化處理，得到炭/炭復合材料。