[發(fā)明專利]采用3D打印制備的炭/炭復(fù)合保溫材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211205929.9
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115256927B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李建廣;劉國良;李傳璽;趙松
• 申請（專利權(quán)）人: 北京壹碳?xì)湓纯萍加邢薰?/a>
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/379;B33Y10/00;B33Y40/20;B29K95/00;B29K105/00;B29K101/12
• 代理公司: 北京星通盈泰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11952
• 代理人: 夏晶

本公開提供了一種采用3D打印制備的炭/炭復(fù)合保溫材料的制備方法，該方法包括：制備前驅(qū)體線材；3D打印成型；快燒預(yù)處理；不熔化處理；高溫處理得到炭/炭復(fù)合保溫材料。本公開的制備方法具有制備異型炭/炭復(fù)合保溫材料產(chǎn)品的能力，材料纖維和孔隙分布與樹脂量和樹脂均勻程度有關(guān)結(jié)構(gòu)具有更大可設(shè)計性，由于采用纖維本身熔融能力實(shí)現(xiàn)了原料的纖維之間相互結(jié)合，使本公開的炭/炭復(fù)合保溫材料產(chǎn)品具有更為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能和優(yōu)秀的保溫能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及材料成型技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用3D打印制備的炭/炭復(fù)合保溫材料及其制備方法。

背景技術(shù)

目前，作為炭/炭復(fù)合保溫材料的碳纖維硬氈主要采用碳?xì)纸n模壓或軟碳?xì)纸n分層粘貼的成型工藝。其中，浸漬模壓工藝存在的缺點(diǎn)是制品層間強(qiáng)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(qiáng)度相對較低，拆卸安裝不夠方便；采用分層粘貼成型方式即石墨紙和碳纖維間隔粘貼制成的硬氈，雖然強(qiáng)度有所提高，但仍存在著制品的導(dǎo)熱系數(shù)增大、保溫性能變差、隔熱效果不足的缺陷。炭/炭復(fù)合保溫材料中的纖維排列方向?qū)Σ牧系膶?dǎo)熱性能影響比較顯著，當(dāng)熱流平行于纖維方向時，熱流受到阻力越小，導(dǎo)熱系數(shù)越大；而熱流垂直于纖維方向時，受到的阻力越大，導(dǎo)熱系數(shù)越小。針刺氈硬化產(chǎn)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(dǎo)熱系數(shù)相對比較大，相對二維結(jié)構(gòu)的保溫材料來說能耗大。

瀝青基碳纖維含碳量高，揮發(fā)少，純度高，導(dǎo)熱系數(shù)相對較小，強(qiáng)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(chǎn)的隔熱材料具有優(yōu)良的隔熱性能、碳含量高、揮發(fā)物少、污染小、具有較高的強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。

中國專利CN104261853A涉及一種瀝青基碳纖維無紡氈保溫筒及其制造方法，中國專利CN104230368A涉及一種瀝青基碳纖維無紡氈保溫板及其制造方法，以上專利解決了瀝青基炭/炭保溫材料筒材和板材的制備問題，但還存在著不適用異型件保溫材料的制備，結(jié)構(gòu)可設(shè)計性較差，以及由于引入樹脂作為粘結(jié)劑，保溫性能難以進(jìn)一步提高等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本公開的目的是為了提供一種通過FDM技術(shù)制備可以適用于異型保溫材料制備、結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強(qiáng)的、具有優(yōu)良保溫性能的采用3D打印制備的炭/炭復(fù)合保溫材料及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開采用了以下的技術(shù)方案：

本公開提供了一種采用3D打印制備的炭/炭復(fù)合保溫材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、制備前驅(qū)體線材：將質(zhì)量份數(shù)為60~80份的紡絲瀝青粉末、10~30份的熱塑性樹脂粉末、5~10份的增塑劑混合得到前驅(qū)體粉末，將上述前驅(qū)體粉末加壓熔融擠出制備前驅(qū)體線材；

S2、3D打印成型：將上述前驅(qū)體線材利用熔融沉積成型進(jìn)行打印，得到炭/炭復(fù)合保溫材料預(yù)制件；

S3、快燒預(yù)處理：將上述炭/炭復(fù)合保溫材料預(yù)制件采用陶瓷顆粒進(jìn)行包埋，升溫至150~180℃進(jìn)行快燒預(yù)處理；

S4、不熔化處理：將經(jīng)過快燒預(yù)處理的采用陶瓷顆粒進(jìn)行包埋的炭/炭復(fù)合保溫材料預(yù)制件在180~250℃、負(fù)壓環(huán)境下進(jìn)行不熔化處理；

S5、高溫處理：將經(jīng)過不熔化處理的采用陶瓷顆粒進(jìn)行包埋的炭/炭復(fù)合保溫材料預(yù)制件在氮?dú)饣驓鍤鈿夥罩猩郎刂?800~2200℃，保溫1~2小時進(jìn)行高溫處理，對經(jīng)過高溫處理后的炭/炭復(fù)合保溫材料預(yù)制件除去陶瓷顆粒后得到炭/炭復(fù)合保溫材料。

在一種可能的實(shí)施方式中，上述紡絲瀝青粉末的熔融的溫度大于等于150℃。

在一種可能的實(shí)施方式中，上述熱塑性樹脂粉末為聚乳酸或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。

在一種可能的實(shí)施方式中，上述增塑劑為偏苯三酸三辛酯。