本发明专利技术提供了一种低密度碳/碳复合筒材制备方法。其方法是从内侧至外侧结构为：支撑层+碳毡或石墨毡+拉紧层+碳毡或石墨毡+拉紧层+……+碳毡或石墨毡+拉紧层，本发明专利技术充分利用支撑层和拉紧层结构优势，拉紧层碳丝的缠绕张力增加了层间分层和脱落阻力，筒材整体具有一定的预紧力，增强筒材抵御外力和变形的能力；制备过程使用普通高温粘接剂，在不增加成本的前提下，有效的提高了低密度碳/碳复合筒材的使用寿命，总体提高了材料利用率。
【技术实现步骤摘要】
一种低密度碳/碳复合筒材制备方法
本专利技术属于属于碳/碳复合材料设备
，具体涉及一种低密度碳/碳复合筒材的制备方法。
技术介绍
碳/碳复合材料主要由碳纤维和碳基体组成，它继承了二者优异的结构和热学性能。其中，低密度碳/碳复合材料在高温下具有良好保温绝热功能，一般密度为0.10g/cm3-0.3g/cm3之间，其碳含量高、可挥发性杂质少，在真空或惰性气体保护下，可靠使用温度高达2800℃，并且长时间使用，具有各项性能指标稳定等特点，已经被广泛的应用到真空炉、单晶硅、多晶硅以及各种宝石生产行业中。目前，低密度碳/碳复合材料多采用碳毡、石墨毡等叠层复合而成，层间依靠粘接剂粘接而成。然而，低成本的高温粘接剂粘接效果很不理想，使用过程中碳毡、石墨毡之间很容易分层脱落，严重影响使用性能和寿命；一些粘接效果略好的高温粘接剂成本太高，严重制约低密度碳/碳复合材料的工业化推广。近年来，专利CN102134068A、CN102616767A等提供了几种新工艺制备的低密度泡沫碳/碳复合材料，成本较低，但是其强度很差，稍加碰撞既碎，运输和使用难度很高，不易大规模推广。因此，研究低密度碳/碳复合材料的先进制备方法，对于扩大低密度碳/碳复合材料应用领域、延长使用寿命、降低生产成本有着至关重要的作用。
技术实现思路
鉴于上述，本专利技术的目的在于提供一种低密度碳/碳复合筒材的制备方法。为实现上述之目的，本专利技术采取的技术方案为：一种低密度碳/碳复合筒材制备方法,其特征从内侧至外侧结构为：支撑层（1）、碳毡或石墨毡（2）和拉紧层（3）组成的交替缠绕层，其中碳毡或石墨毡（2）和拉紧层（3）可以重复交替缠绕，通过以下步骤实现：a.支撑层（1）采用碳纤维布、碳丝或者为两者的组合缠绕制备支撑层（1）；b.涂敷高温粘接剂，然后缠绕碳毡或石墨毡（2），碳毡或石墨毡紧贴支撑层（1），用碳绳缝合接口；c.在步骤b形成碳毡或石墨毡（2）的基础上利用预浸碳丝缠绕形成拉紧层（3），缠绕预浸碳丝的张力为2-6N，缠绕厚度为0.5-3mm；d.根据需要重复步骤b-c;；e.将步骤d形成预成型体放入固化炉内，升温至180℃-230℃，固化8-12小时，随炉至60℃以下取出，固化过程中保持预成型体以25-45转/分钟低速转动；f.将步骤e固化好的预成型体放入氮气保护炭化炉中，升温至450℃-600℃，然后再降温至400℃-500℃，在400℃-500℃碳化2-4小时；g.将步骤f中得到的预成型体脱去心模，再放入氮气保护炭化炉，升温至900℃-930℃碳化2-4小时；h.将步骤g中获得的预成型体放入高温炉，升温至2000℃-2400℃，石墨化处理2-4小时；i.将步骤h中获得的预成型体机加工成所需产品。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术低密度碳/碳复合筒材制备方法充分利用支撑层和拉紧层结构优势，拉紧层碳丝的缠绕张力增加了层间分层和脱落阻力，筒材整体具有一定的预紧力，增强筒材抵御外力和变形的能力；制备过程使用普通高温粘接剂，在不增加成本的前提下，有效的提高了低密度碳/碳复合筒材的使用寿命，总体提高了材料利用率。附图说明图1为本专利技术制备低密度碳/碳复合筒材工艺流程图。图2为本专利技术低密度碳/碳复合筒材结构示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，以下结合附图对本专利技术的技术方案再作进一步的描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1普通高温粘接剂的制备用工业乙醇溶解对甲苯磺酸，其中工业乙醇和对甲苯磺酸的重量比为100份:12份，然后搅拌20分钟，接着在搅拌下将100份酚醛树脂和6份硼酸逐渐加入，最后将石墨80份加入溶液中，继续搅拌60分钟后即制得高温粘结剂。制备低密度碳/碳复合筒材尺寸为：D=1100mm，d=990mm，L=1800mm，厚度55mm。低密度碳/碳复合筒材制备方法，其步骤是a.利用预浸碳纤维布制备支撑层1，缠绕厚度为3mm；b.在步骤a制备的支撑层1上涂刷高温粘接剂，采用12mm石墨毡在支撑层1上缠绕一层，缠绕时注意压紧，再使碳毡紧贴石墨毡，不能松动，碳毡在石墨毡上的缝用碳绳缝合接口；c.在步骤b基础上利用预浸碳丝缠绕拉紧层3，缠绕单丝张力3N，缠绕厚度0.5mm；d.在步骤c拉紧层3上，再涂刷高温粘接剂，缠绕石墨毡，石墨毡紧贴拉紧层3，拉紧层3厚度为2.3mm，形成预成型体；e.将步骤d预成型体放入固化炉内，升温至220℃固化12小时，随炉至60℃以下取出，固化过程中保持预成型体以45转/分钟低速转动；f.将步骤e固化好的预成型体放入氮气保护炭化炉中，升温至600℃，600℃，500℃低温碳化3小时；g.将步骤f中得到的预成型体脱去心模，再放入氮气保护炭化炉，升温至930℃，碳化4小时；h.将步骤g中获得的预成型体放入高温炉，升温至2400℃，石墨化处理4小时；i.将步骤h中获得的预成型体机加工成所需产品，整体密度0.23g/cm3。实施例2制备低密度碳/碳复合筒材尺寸为：D=596mm，d=460mm，L=1400mm，厚度68mm：a.利用预浸碳丝缠绕制备支撑层1，缠绕厚度为3mm；b.在步骤a制备的支撑层1上涂刷高温粘接剂，然后，在支撑层1上缠绕10mm厚碳毡二层，缠绕时碳毡紧贴支撑层1，不能松动，利用碳绳缝合接口；c.在步骤b基础上利用预浸碳丝缠绕拉紧层，缠绕碳丝张力5N，缠绕厚度1mm；d.在步骤c拉紧层3上，再涂刷高温粘接剂，缠绕碳毡，碳毡紧贴拉紧层3，拉紧层3缠绕碳丝厚度为3mm，形成预成型体；e.将步骤d预成型体放入固化炉内，升温至230℃固化12小时，随炉至60℃以下取出，固化过程中保持预成型体以40转/分钟低速转动；f.将步骤e固化好的预成型体放入氮气保护炭化炉中，升温至600℃，450℃低温碳化4小时；g.将步骤f中得到的预成型体脱去心模，再放入氮气保护炭化炉，升温至930℃碳化4小时；h.将步骤g中获得的预成型体放入高温炉，升温至2400℃，石墨化处理4小时；i.将步骤h中获得的预成型体机加工成所需产品，整体密度0.24g/cm3。实施例3制备低密度碳/碳复合筒材尺寸为：D=1423mm，d=1260mm，L=1800mm，厚度82mm：a.利用预浸碳纤维布缠绕制备支撑层，缠绕厚度为4mm；b.在步骤a支撑层1上涂刷高温粘接剂，然后，在支撑层1上缠绕14mm厚碳毡一层，缠绕时注意压紧保证碳毡紧贴支撑层1，不能松动，利用碳绳缝合接口；c.在步骤b碳毡基础上缠绕一层石墨纸，厚度1mm；d.在步骤c石墨纸基础上利用预浸碳丝缠绕拉紧层3，缠绕单丝张力5N，缠绕厚度１mm；e.在步骤d拉紧层3上，再涂刷高温粘接剂，缠绕石墨毡3层，石墨毡紧贴拉紧层3，拉紧层3缠绕碳丝厚度为2mm，形成预成型体；f.将步骤e预成型体放入固化炉内，升温至230℃固化12小时，随炉至60℃以下取出，固化过程中保持预成型体以35转/分钟低速转动；g.将步骤f固化好的预成型体放入氮气保护炭化炉中，升温至600℃，400℃低温碳化4小时；h.将步骤g中得到的预成型体脱去心模，再放入氮气保护炭化炉，升温至930℃碳化4小时；i.将步骤h中获得的预成型体放入高温炉，升温至2400℃，石墨化处理4小时；j.将步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低密度碳/碳复合筒材制备方法, 其特征从内侧至外侧结构为：支撑层+碳毡或石墨毡+拉紧层+碳毡或石墨毡+拉紧层+……+碳毡或石墨毡+拉紧层，通过以下步骤实现：a. 利用预浸碳纤维布或碳丝缠绕制备支撑层（1）；支撑层（1）采用碳纤维布、碳丝或者为两者的组合缠绕；b. 在支撑层（1）上涂敷高温粘接剂，然后缠绕碳毡或石墨毡（2），碳毡或石墨毡紧贴支撑层，用碳绳缝合接口；c. 在步骤b基础上利用预浸碳丝缠绕拉紧层（3），缠绕碳丝张力2‑6N，缠绕厚度0.5‑3mm；d. 在步骤c拉紧层（3）上，再涂敷高温粘接剂，缠绕碳毡或石墨毡（2），碳毡或石墨毡（2）紧贴拉紧层（3），拉紧层（3）厚度为2.3mm‑3.5mm，形成预成型体；e. 将步骤形成预成型体放入固化炉内， 升温至180℃‑230℃固化8‑12小时，随炉至60℃以下取出，固化过程中保持预成型体以25‑45转/分钟低速转动；f. 将上述固化好的预成型体放入氮气保护炭化炉中，升温至450℃‑600℃,400℃‑500℃降温碳化2‑4小时；g. 将步骤e中得到的预成型体脱去心模，再放入氮气保护炭化炉，升温至900℃‑930℃碳化2‑4小时；h. 将步骤g 中获得的预成型体放入高温炉，升温至2000℃‑2400℃，石墨化处理2‑4小时；i. 将步骤h中获得的预成型体机加工成所需产品。...
【技术特征摘要】
1.一种低密度碳/碳复合筒材制备方法,其特征是：从内侧至外侧结构为：支撑层（1）；碳毡或石墨毡（2）与拉紧层（3）组成的交替缠绕层，其中最紧贴支撑层（1）的是碳毡或石墨毡（2），最外层为拉紧层（3）；通过以下步骤实现：a.支撑层（1）采用碳纤维布、碳丝或者为两者的组合缠绕制备支撑层（1）；b.涂敷高温粘接剂，然后缠绕碳毡或石墨毡（2），碳毡或石墨毡（2）紧贴支撑层（1），用碳绳缝合接口；c.在步骤b形成的碳毡或石墨毡（2）的基础上利用预浸碳丝缠绕形成拉紧层（3），缠绕预浸碳丝的张力为2-6N，缠绕厚度为0.5-3mm；d.根据需要重复步骤b-c；e.将步骤d形成的预成型体放入固化炉内，升温至180℃-230℃，固化8-12小时，随炉至60℃以下取出，固化过程中保持预成...
【专利技术属性】
技术研发人员：柴昌盛，杨子元，吕小龙，
申请(专利权)人：甘肃郝氏炭纤维有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62
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