[發明專利]瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒及其制造方法

有效

• 申請號: 201410505942.5
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104261853A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 陳惠龍;鄭淑云;王紅偉;張作楨;樸成軍;李里;崔欣
• 申請（專利權）人: 遼寧奧億達新材料有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/622
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所 21224
• 代理人: 張群

技術領域

本發明涉及隔熱保溫材料技術領域，尤其涉及在晶體生長爐及拉晶裝置、陶瓷燒結爐、真空高溫熱處理爐等爐中使用的瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒及其制造方法。

背景技術

目前國內真空高溫爐中所使用的碳纖維隔熱保溫材料分為兩類：一類是碳纖維軟氈，一類是碳纖維硬氈。

碳纖維軟氈隔熱保溫材料一般采用軟碳氈(針刺氈)，這種結構的隔熱保溫材料存在強度低、易變形、易粉化、隔熱效果差及拆卸、安裝費時費力等缺點。而碳纖維硬氈隔熱保溫材料克服了軟碳氈所存在的缺點，作為晶體爐，陶瓷燒結爐，氣相沉積爐等高溫爐用隔熱保溫材料被廣泛使用。

碳纖維硬氈主要有黏膠基、PAN基和瀝青基三種，黏膠基碳纖維雖然導熱系數較小，理論分析其最適合做隔熱材料，但是其抗氧化性能和強度都不及瀝青基碳纖維，并且其收率極低，價格昂貴，很大程度上限制了其的使用。PAN基碳纖維由于原料便宜，生產工藝簡單，國內很多廠家都在用，但是其在高溫處理后，纖維變脆，容易產生碳纖維碎屑，對爐內氣氛造成較大危害，并且碳纖維斷面呈鋸齒狀，會形成尖銳的斷面，對人體健康危害比較大。瀝青基碳纖維含碳量高，揮發少，純度高，導熱系數相對較小，強度高不宜斷裂，即使碳纖維斷裂，斷裂形成的斷面比較圓滑對人體健康危害極小。使用瀝青基碳纖維生產的隔熱材料具有以下優點：1)優良的隔熱性能；2)碳含量高，揮發物少，污染小；3)較高的強度。

目前國內碳纖維硬氈主要采用PAN基軟碳氈浸漬模壓或軟碳氈浸漬分層粘貼(石墨紙和碳纖維間隔粘貼)的成型工藝。浸漬模壓工藝存在的缺點是制品層間強度低，高溫使用條件下制品易分層開裂，使用壽命短等，由于強度相對較低，拆卸安裝不夠方便；采用分層粘貼成型方式制成的硬氈，雖然強度有所提高，但制品的導熱系數增大，保溫性能變差，降低隔熱效果。纖維的排列方向對隔熱材料的導熱性能影響比較顯著，當熱流平行于纖維方向時，熱流受到阻力越小，導熱系數越大；而熱流垂直于纖維方向時，受到的阻力越大，導熱系數越小。針刺氈硬化產品均有縱向拉伸的碳纖維絲束，故有一部分碳纖維與熱流方向平行，因此導熱系數相對比較大，相對二維結構的保溫材料來說能耗大。

發明內容

本發明提供了一種瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒，其具有優異的隔熱性能、低熱容量、低密度和高強度等特性，是特別適用于真空熱處理爐、單晶拉晶爐、陶瓷燒結爐等高溫爐的保溫材料；本發明同時提供了瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒的制造方法。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒，包括瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒本體，所述瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒本體是由瀝青基碳纖維無紡氈與有機粘結劑+溶劑的混合液混合后經定型、固化、碳化/石墨化處理后的筒狀體，瀝青基碳纖維無紡氈由瀝青經紡絲、預氧化和碳化制得，瀝青基碳纖維無紡氈、粘結劑、溶劑的重量份比例為：100：30～200：18～600。

所述瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒本體內/外表面或內、外表面經磨光后依次涂刷碳材料粘結劑層并粘貼石墨紙/碳纖維布，成品經固化、碳化處理。

所述有機粘結劑為酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、脲醛樹脂、乙烯基酯樹脂、聚酰胺、丙烯酸樹脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、瀝青和焦油中的一種或多種；所述溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、苯、甲苯中的一種或多種。

所述瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒本體每層間設有可碳化加固層，可碳化加固層為無紡布、紗布、聚對苯二甲酸乙二酯膜、聚酯膜、聚碳酸酯膜、聚丙型膜、聚苯乙烯膜、聚丙烯酸樹脂膜、聚酰亞胺膜、聚苯醚樹脂膜、聚酰胺膜和聚苯醚樹脂膜中的一種或多種。

所述碳材料粘結劑層由碳材料粘結劑涂刷而成，碳材料粘結劑由可碳化材料、分散劑、短切或磨碎碳纖維、石墨粉、碳化硅粉和硅粉按重量份比例混合攪拌均勻制成，各組分的重量份比例為：可碳化材料40～100重量份、分散劑40～160重量份、短切或磨碎碳纖維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；其中石墨粉顆粒直徑為10-600μm，碳化硅粉粒度為200-1000目，硅粉粒度為200-1000目。

所述可碳化材料為酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、脲醛樹脂、乙烯基酯樹脂、聚酰胺、丙烯酸樹脂、聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、瀝青或焦油中的一種、兩種或兩種以上組合；所述分散劑為甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙二醇、糠醇、糠醛、丙酮、呋喃甲醇、呋喃甲醛、苯或甲苯中的一種、兩種或兩種以上組合。