[發明專利]一種表面涂覆石墨涂層的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110753363.2
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113248275B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 唐波;吳新鋒
• 申請（專利權）人: 杭州幄肯新材料科技有限公司
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C04B35/524;D06M14/36;D06M15/41;D06M15/333;D06M11/74;D06M101/40
• 代理公司: 湖南天地人律師事務所 43221
• 代理人: 劉擎天

本發明提供一種表面涂覆石墨涂層的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料及其制備方法。本發明利用紫外光引發乙烯基交聯反應，然后通過光引發乙烯基交聯反應過程中放出的熱量引發苯酚糠醛縮聚反應形成苯酚糠醛交聯網絡，多重網絡固化產物經過高溫碳化和石墨化快速制備得到輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料胚體，得到的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料胚體在通過加工、表面噴涂石墨涂層和高溫+化學氣體純化制備出密度低、力學性能優越、保溫性能好、純度高的表面涂覆石墨涂層的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料。得到的表面涂覆石墨涂層的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料性能可以達到如下指標：彎曲強度為3.5MPa，密度可以控制在0.15g/cm³，雜質含量為5ppm，導熱系數為0.15W/(mK)。

技術領域

本發明涉及碳纖維/碳復合圓筒熱場材料技術領域，具體涉及一種表面涂覆石墨涂層的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料及其制備方法。

背景技術

輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料因具有整體密度低、熱場保溫性能好、金屬雜質含量低即純度高等優點，而被廣泛應用于單晶硅直拉爐熱場、硅半導體長晶爐熱場、碳化硅半導體長晶爐熱場、光纖拉伸爐熱場、以及藍寶石長晶爐熱場等高溫熱場中。

但是現有的碳纖維/碳圓筒熱場材料的制備過程中,其主要的制備過程包括：碳纖維軟氈裁減-浸漬酚醛樹脂-纏繞并固化-高溫碳化和石墨化過程-加工。其制備過程存在以下幾個問題：(1)浸漬過程中，碳纖維軟氈在浸漬酚醛樹脂過程中需加入酒精等溶劑來降低樹脂的黏度，使碳纖維與酚醛樹脂充分浸漬，從而改善浸漬均勻性，然后通過烘干的方式進行處理，溶劑的加入會造成環境污染；(2)纏繞固化過程中，浸漬好酚醛樹脂的碳纖維氈中的酚醛樹脂由于重力作用，在固化過程中容易發生流膠現象，造成樹脂浸漬不均勻，另外整個固化過程需耗時10個小時以上，生產效率低，同時壓機加熱需要消耗大量的能耗；(4)高溫碳化和石墨化過程中，碳纖維氈的弧形結構使得碳纖維氈存在應力集中，容易發生變形問題；(5)加工后的碳纖維/碳圓筒熱場材料表面存在大量的孔隙，使得材料的保溫性能差。

溶劑揮發污染環境、固化流膠、浸漬不均勻、固化能耗高、效率低、應力變形、保溫性差等問題亟待新材料和新方法來解決。

發明內容

本發明的目的是克服現有材料和制備方法的不足之處，提供一種密度小、保溫性能好、純度高、強度高且制備工藝簡單快速的表面涂覆石墨涂層的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料。

本發明的另一目的在于提出一種具有新型樹脂結構和快速固化成型的制備表面涂覆石墨涂層的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料的方法。

本發明利用紫外光引發乙烯基交聯反應，然后通過光引發乙烯基交聯反應過程中放出的熱量引發苯酚糠醛縮聚反應形成苯酚糠醛交聯網絡，多重網絡固化產物經過高溫碳化和石墨化快速制備得到輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料胚體，得到的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料胚體在通過加工、表面噴涂石墨涂層和高溫+化學氣體純化制備出密度低、力學性能優越、保溫性能好、純度高的表面涂覆石墨涂層的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料。

本發明采用的技術方案如下所述：

一種表面涂覆石墨涂層的輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料，制備輕質碳纖維/碳圓筒熱場材料胚體材料的原材料組成及其質量份數包括：

碳纖維軟氈：100份

苯酚：10-30份

糠醛：8-24份

氨水：0.4-1.2份

乙烯基助交聯劑：1-3份

光引發劑：0.1-0.3份