一种大直径圆筒预制体的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种大直径圆筒预制体的制作方法，包括以下步骤：一、制备预制体专用模具；二、制备筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层；三、制备第一碳纤维预浸布隔离层；四、制备网胎/碳纤维循环单元层；五、制备第二碳纤维预浸布隔离层；六、制备筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层；七、制备法兰机织碳布/网胎复合料针刺层，得到直径大于3m的大直径圆筒预制体。本发明专利技术通过采用环形夹心设计，将核心隔热保温层包裹起来，实现预制体在炉内的力学支撑，保证了整体结构的稳定性和坚固性，环内夹心区域为低密度区，具有优良的低热导性能和隔热保温效果，相较于纯C/C预制体结构，极大减少了热量损失，节能、环保，极具经济性。极具经济性。极具经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种大直径圆筒预制体的制作方法


[0001]本专利技术属于炉体保温材料
，具体涉及一种大直径圆筒预制体的制作方法。

技术介绍

[0002]目前，炉体保温层大多采用石墨毡，在使用过程中，由于长期高温环境下炉内气氛对石墨毡的影响以及装出炉过程中空气对石墨毡的腐蚀，因此，定期需要对石墨毡进行更换。通常更换时，将碳毡裹在专用圆筒状的钢筋网上，裹到一定厚度后用碳绳将其进行缝合，缝好后连同钢筋模具一同送入炉内，最后将钢筋模具进行拿出。
[0003]近年来，随着C/C行业的迅猛发展，国内C/C产品规模越来越大，为了降低成本，C/C复合材料企业不断通过扩大炉体尺寸达到降本增效的目的，炉内保温层的尺寸也越来越大，采用上述更换保温层的严重阻碍了企业对高效率的追求。众所周知，碳纤维预制体同样用于高温炉保温层，在拉单晶炉内被广泛采用，直径大多在1米左右。碳纤维预制体除了具备与石墨毡同样优良的保温性能外，还具有一体性、不易变形，装拆方便等优点。
[0004]在现有技术中，针刺机的针刺运动机构只能上、下垂直运动实现针刺作业，而大直径圆筒预制体由于直径几乎都在3m以上，垂直针刺运动只能在预制体正上方开展，造成设备外形尺寸过于庞大，作业空间利用率过低，设备造价高昂，因此，无法实现企业盈利。同时，以往技术中，热场材料类预制体大多采用纯针刺作业进行制作，大直径圆筒预制体的纯针刺制作必然导致产品重量大、生产周期长、模具工装无法轻量化、炉内隔热保温效果大打折扣。综合以上，现有和以往技术无法实现大直径的制备。
[0005]因此，采用碳纤维预制体替代石墨毡用于大型沉积炉保温极具市场前景。经调研，大直径沉积炉每年都有新增，沉积炉每2年更换一次保温层，现市场对3m以上直径的预制体产能需求约为3000万元/年，因此，该领域市场需求稳定，且处于上升期。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种大直径圆筒预制体的制作方法。该方法通过采用环形夹心设计，将核心隔热保温层包裹起来，实现预制体在炉内的力学支撑，保证了整体结构的稳定性和坚固性，环内夹心区域为低密度区，具有优良的低热导性能和隔热保温效果，相较于纯C/C预制体结构，极大减少了热量损失，节能、环保，极具经济性。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种大直径圆筒预制体的制作方法，其特征在于，所述圆筒预制体为空心圆筒状，由内到外依次为筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层、第一碳纤维预浸布隔离层、网胎/碳纤维循环单元层、第二碳纤维预浸布隔离层、筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层、法兰机织碳布/网胎复合料针刺层，所述圆筒预制体通过以下步骤制备：
[0008]步骤一、在圆柱体模具上包裹塑封膜，然后在塑封膜上粘贴垫层，得到预制体专用
模具；
[0009]步骤二、将预制体专用模具安装在专用针刺机上，然后将机织碳布/网胎复合料沿预制体专用模具表面进行铺敷，然后开启针刺机进行针刺，并重复铺敷和针刺的过程使机织碳布/网胎复合料达到指定厚度，在预制体专用模具上得到筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层；
[0010]步骤三、在步骤二中得到的筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层表面上铺敷第一碳纤维预浸布，在筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层上得到第一碳纤维预浸布隔离层；
[0011]步骤四、在步骤三中得到的第一碳纤维预浸布隔离层上裹覆碳纤维网胎后缠绕碳纤维，并重复裹覆和缠绕的过程使网胎/碳纤维达到指定厚度，在第一碳纤维预浸布隔离层上得到网胎/碳纤维循环单元层；
[0012]步骤五、在步骤四中得到的网胎/碳纤维循环单元层上铺敷第二碳纤维预浸布，在网胎/碳纤维循环单元层上得到第二碳纤维预浸布隔离层；
[0013]步骤六、在步骤五中得到的第二碳纤维预浸布隔离层上铺敷机织碳布/网胎复合料，然后开启针刺机进行针刺，并重复铺敷和针刺的过程使机织碳布/网胎复合料达到指定厚度，在第二碳纤维预浸布隔离层上得到筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层；
[0014]步骤七、在步骤六中得到的筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层上铺敷机织碳布/网胎复合料，然后开启针刺机进行针刺，并重复铺敷和针刺的过程使机织碳布/网胎复合料达到指定厚度，在筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层上得到法兰机织碳布/网胎复合料针刺层，在预制体专用模具上得到大直径圆筒预制体；所述大直径圆筒预制体的直径大于3m。
[0015]本专利技术在机织碳布/网胎复合料的铺敷和针刺的过程中，先将机织碳布/网胎复合料铺敷一层，然后开始针刺，再铺敷下一层机织碳布/网胎复合料后重复针刺，直至机织碳布/网胎复合料达到指定厚度，保证了机织碳布/网胎复合料之间的紧密连接，也保证了机织碳布/网胎复合料与其他层连接紧密，保证了大直径圆筒预制体的性能和致密性；本专利技术通过法兰机织碳布/网胎复合料针刺层，使大直径圆筒预制体两端具有法兰接口，便于与炉体进行连接；本专利技术中采用了独特的预制体结构设计，采用环形夹心设计，由筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层和筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层将核心隔热保温层“网胎/碳纤维循环单元层”包裹起来，并采用第一、第二碳纤维预浸布隔离层实现了层间结构的有效结合，筒体内壁、外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层和法兰机织碳布/网胎复合料针刺层可实现预制体在炉内的力学支撑，保证了整体结构的稳定性和坚固性，环内夹心区域为低密度区，具有优良的低热导性能和隔热保温效果，相较于纯C/C预制体结构，极大减少了热量损失，节能、环保，极具经济性。
[0016]上述的一种大直径圆筒预制体的制作方法，其特征在于，步骤一中所述圆柱体模具由圆形木工板、龙骨和三合板制备而成，所述圆柱体模具的外径为3000mm～5000mm，长度为1500mm～3000mm。本专利技术通过圆形木工板、龙骨和三合板拼装组合得到圆柱体模具，具有稳定耐用的优点，通过控制圆柱体模具的尺寸保证了大直径圆筒预制体的尺寸。
[0017]上述的一种大直径圆筒预制体的制作方法，其特征在于，步骤一中所述包裹塑封膜的过程为：在圆柱体模具上包裹一层塑封膜，然后用热吹风机将塑封膜吹平紧敷在圆柱
体模具上；所述垫层为EVA泡沫垫层；所述塑封膜的厚度为0.01mm～0.05mm，所述垫层的厚度为8mm～13mm。本专利技术通过采用热吹风机吹平紧敷塑封膜，使塑封膜与圆柱体模具紧密连接，形成了可供垫层进行粘贴固定的特殊型面，有效的将木质模具和垫层连接起来，形成可靠的芯模结构；通过采用EVA泡沫垫层，在后续进行针刺时防止刺针扎在圆柱体模具上造成损坏，同时也使针刺时能够扎透，保证了针刺的效果。
[0018]上述的一种大直径圆筒预制体的制作方法，其特征在于，步骤二中所述专用针刺机为具备3轴定位移动的特种针刺作业设备，包括横向移动的X轴，上下移动的Y轴，旋转移动的B轴，所述B轴上带有针刺头，所述针刺头的针刺频率为100次/min～200次/min；所述预制体专用模具安装在专用针刺机的旋转支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大直径圆筒预制体的制作方法，其特征在于，所述圆筒预制体为空心圆筒状，由内到外依次为筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层、第一碳纤维预浸布隔离层、网胎/碳纤维循环单元层、第二碳纤维预浸布隔离层、筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层、法兰机织碳布/网胎复合料针刺层，所述圆筒预制体通过以下步骤制备：步骤一、在圆柱体模具上包裹塑封膜，然后在塑封膜上粘贴垫层，得到预制体专用模具；步骤二、将预制体专用模具安装在专用针刺机上，然后将机织碳布/网胎复合料沿预制体专用模具表面进行铺敷，然后开启针刺机进行针刺，并重复铺敷和针刺的过程使机织碳布/网胎复合料达到指定厚度，在预制体专用模具上得到筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层；步骤三、在步骤二中得到的筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层表面上铺敷第一碳纤维预浸布，在筒体内壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层上得到第一碳纤维预浸布隔离层；步骤四、在步骤三中得到的第一碳纤维预浸布隔离层上裹覆碳纤维网胎后缠绕碳纤维，并重复裹覆和缠绕的过程使网胎/碳纤维达到指定厚度，在第一碳纤维预浸布隔离层上得到网胎/碳纤维循环单元层；步骤五、在步骤四中得到的网胎/碳纤维循环单元层上铺敷第二碳纤维预浸布，在网胎/碳纤维循环单元层上得到第二碳纤维预浸布隔离层；步骤六、在步骤五中得到的第二碳纤维预浸布隔离层上铺敷机织碳布/网胎复合料，然后开启针刺机进行针刺，并重复铺敷和针刺的过程使机织碳布/网胎复合料达到指定厚度，在第二碳纤维预浸布隔离层上得到筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层；步骤七、在步骤六中得到的筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层上铺敷机织碳布/网胎复合料，然后开启针刺机进行针刺，并重复铺敷和针刺的过程使机织碳布/网胎复合料达到指定厚度，在筒体外壁机织碳布/网胎复合料针刺单元层上得到法兰机织碳布/网胎复合料针刺层，在预制体专用模具上得到大直径圆筒预制体；所述大直径圆筒预制体的直径大于3m。2.根据权利要求1所述的一种大直径圆筒预制体的制作方法，其特征在于，步骤一中所述圆柱体模具由圆形木工板、龙骨和三合板制备而成，所述圆柱体模具的外径为3000mm～5000mm，长度为1500mm～3000mm。3.根据权利要求1所述的一种大直径圆筒预制体的制作方法，其特征在于，步骤一中所述包裹塑封膜的过程为：在圆柱体模具上包裹一层塑封膜，然后用热吹风机将塑封膜吹平紧敷在圆柱体模具上；所述垫层为EVA泡沫垫层；所述塑封膜的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯建荣，田冬，杨新，徐永花，李颖，王颖，张红葳，赵景飞，
申请(专利权)人：西安康本材料有限公司，
类型：发明
国别省市：