一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法，包括如下步骤：步骤S1、编织碳布，步骤S2、树脂基碳纤维圆环制备，步骤S3、碳化处理，步骤S4、压浸处理，步骤S5、石墨化处理，步骤S6、表面处理；本发明专利技术的有益效果是，该高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法以及与之匹配的制备切片设备，具有成本低、制备周期短、耐硅蒸汽腐蚀、层间结合强度高、不易掉渣、表面平整等特点。表面平整等特点。表面平整等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法


[0001]本专利技术涉及光伏热场产品
，特别是一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法。

技术介绍

[0002]目前，碳/碳圆环主要由针刺结构厚壁碳/碳筒加工而来，即由碳纤维无纬布与碳纤维网胎交替叠层，在筒子厚度方向进行针刺增强，制成针刺筒预制体，预制体经400h～500h沉积增密处理、切片，浸渍增密处理等工序制得碳/碳圆环。由以上工艺制备的碳/碳圆环存在较多不足之处：(1) 针刺筒预制体密度较低，约0.45g/cm3，后续增密处理比较费时，生产成本较高，制备周期较长；(2)此结构碳/碳圆环在使用时主要为层间承受弯曲应力，而层间主要为短纤，导致碳纤维优异的力学性能得不到充分发挥，故而在使用时容易出现变形、开裂等问题，使用寿命较短，对碳纤维而言无疑是一种浪费；(3)网胎面密度不均，造成碳/碳圆环密度不均，碳纤维增强体分布的不均也容易导致在碳/碳圆环制备过程中出现变形较大，而加工不出最终成品；(4)由于针刺工艺会引入大量孔道，而这些孔道会成为硅蒸汽腐蚀的通道，即使制备出合格的碳/碳圆环，在后期使用过程中也会因为硅蒸汽的腐蚀而容易失效，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决上述问题，设计了一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法。
[0004]实现上述目的本专利技术的技术方案为：一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法，包括如下步骤：
[0005]S1：采用6k～50k的碳纤维编织成面密度为320～800g/m2的双向碳布；
[0006]S2：将双向碳布制备成酚醛树脂基预浸料、预浸料自动化裁剪、整体叠层与错缝拼接叠层相结合、固化后得到树脂基碳纤维圆环，固化温度150～180℃，压力0.5～10MPa；
[0007]S3：将固化后的酚醛树脂基碳纤维圆环在700～850℃进行碳化处理，保温2～4h，碳化处理时，酚醛树脂基碳纤维圆环上面施加压力以保证其碳化后拥有较高的平整度，碳化后得到碳/碳圆环；
[0008]S4：将上述碳/碳圆环通过沥青或树脂真空浸渍
‑
压力浸渍
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碳化工艺增密，其中压力浸渍压力1～3MPa；
[0009]S5：将增密后的碳/碳圆环在1900～2200℃进行石墨化处理，保温 2～4h，石墨化处理时，碳/碳圆环上面施加压力以保证碳布预浸料叠层碳/碳圆环石墨化后具有较高的平整度；
[0010]S6：步骤S5得到的碳布预浸料叠层碳/碳圆环置于化学气相沉积炉中，升温至1000～1200℃，通入甲烷、丙烷等碳氢化合物，以氮气或氩气为稀释气体，控制炉压为1000～5000Pa，进行10～30h表面涂层处理。
[0011]所述步骤S1制备出来的碳布为双向布，面密度为320～800g/m2。
[0012]所述步骤S2中酚醛树脂基预浸料实现自动化裁剪、整体叠层与错缝拼接叠层相结合。
[0013]所述步骤S2中预浸料自动化裁剪，叠层，碳/碳环表层以整张碳布预浸料叠层、内部以9～15片圆弧形状碳布预浸料拼接叠层或圆弧形状碳布预浸料与整张碳布预浸料交替叠层。
[0014]所述步骤S3碳化和步骤S5石墨化处理过程中对碳/碳圆环施加压力以保证其平整度。
[0015]所述步骤S6得到的碳布预浸料叠层碳/碳圆环的厚度为1～30mm。
[0016]所述步骤S2得到的树脂基碳纤维圆环的密度为1.4～1.6g/cm3。
[0017]一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备设备，包括机罩、基座、行进辊道以及一对对正辊轮，所述行进辊道安装于基座上，一对所述对正辊轮安装于行进辊道两侧，所述基座上设置有机罩，所述机罩中心开设有通道，一对所述对正辊轮安装于通道内两侧，所述机罩上设置有切割组件；
[0018]所述切割组件包括：控制器、切割槽、切割刀、支架以及液压缸；
[0019]所述机罩内设置有直线检测组件，所述直线检测组件一侧连接有控制器，所述机罩顶面设置有切割槽，所述切割槽内插装有切割刀，所述切割槽上设置有支架，所述支架上设置有伸缩槽，所述伸缩槽上嵌装有液压缸，所述液压缸的伸缩端与切割刀连接；
[0020]一对所述对正辊轮外部设置有螺旋型结构的环板，一对所述对正辊轮两端连接有一对驱动电机，一对所述驱动电机与控制器连接。
[0021]所述直线检测组件包括：检测光源、光感应器以及安装插座；
[0022]所述通道内且位于通道两侧分别设置有检测光源以及光感应器，所述检测光源与光感应器相互对应且分别与控制器连接，所述检测光源以及光感应器上分别设置有安装插座贯通机罩侧壁，所述安装插座由前端与后端组成，所述前端活动安装于后端上，且后端为螺纹型结构。
[0023]所述机罩两侧分别开设有插孔，所述插孔末端设置有承口型结构的螺纹槽，所述安装插座螺纹连接插孔内。
[0024]利用本专利技术的技术方案制作的该高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法以及与之匹配的制备切片设备，具有成本低、制备周期短、耐硅蒸汽腐蚀、层间结合强度高、不易掉渣、表面平整等特点，具体优点如下：
[0025]1、通过选用大丝束的碳纤维作为原材料，可有效降低原材料成本，同时大克重预浸料的使用会提高叠层效率；
[0026]2、成型后初始密度高，首次碳化后密度可达1.3g/cm3以上，极大缩短了制备周期；
[0027]3、碳布预浸料叠层工艺制备的碳/碳圆环厚度方向没有针刺孔道，故而在单晶硅直拉炉中使用时，不易被硅蒸汽整体腐蚀而失效，可使碳纤维材料的价值最大化；
[0028]4、固化成型过程中通过限位垫块的加入可制备出净尺寸厚度的产品，且厚度均一，无浪费；
[0029]5、碳/碳圆环在使用时长纤维承受弯曲应力，可使碳纤维优异的力学性能得到充分发挥，在使用时不容易出现变形、开裂等问题，使用寿命较长；
[0030]6、碳布预浸料叠层碳/碳圆环表层为连续长纤维，不易掉碳渣。
附图说明
[0031]图1为本专利技术所述一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备设备的主视结构示意图；
[0032]图2为本专利技术所述一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备设备的侧视结构示意图；
[0033]图3为本专利技术所述一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备设备的俯视结构示意图。
[0034]图中：1、机罩；2、基座；3、行进辊道；4、对正辊轮；5、通道；6、控制器；7、切割槽；8、切割刀；9、支架；10、液压缸；11、环板；12、驱动电机；13、检测光源；14、光感应器；15、安装插座；16、插孔。
具体实施方式
[0035]下面结合附图对本专利技术进行具体描述，如图1
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3所示。
[0036]实施例1
[0037]一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法，包括如下步骤：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采用6k～50k的碳纤维编织成面密度为320～800g/m2的双向碳布；S2：将双向碳布制备成酚醛树脂基预浸料、预浸料自动化裁剪、整体叠层与错缝拼接叠层相结合、固化后得到树脂基碳纤维圆环，固化温度150～180℃，压力0.5～10MPa；S3：将固化后的酚醛树脂基碳纤维圆环在700～850℃进行碳化处理，保温2～4h，碳化处理时，酚醛树脂基碳纤维圆环上面施加压力以保证其碳化后拥有较高的平整度，碳化后得到碳/碳圆环；S4：将上述碳/碳圆环通过沥青或树脂真空浸渍
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压力浸渍
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碳化工艺增密，其中压力浸渍压力1～3MPa；S5：将增密后的碳/碳圆环在1900～2200℃进行石墨化处理，保温2～4h，石墨化处理时，碳/碳圆环上面施加压力以保证碳布预浸料叠层碳/碳圆环石墨化后具有较高的平整度；S6：步骤S5得到的碳布预浸料叠层碳/碳圆环置于化学气相沉积炉中，升温至1000～1200℃，通入甲烷、丙烷等碳氢化合物，以氮气或氩气为稀释气体，控制炉压为1000～5000Pa，进行10～30h表面涂层处理。2.根据权利要求1所述的一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法，其特征在于，所述步骤S1制备出来的碳布为双向布，面密度为320～800g/m2。3.根据权利要求1所述的一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中酚醛树脂基预浸料实现自动化裁剪、整体叠层与错缝拼接叠层相结合。4.根据权利要求3所述的一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中预浸料自动化裁剪，叠层，碳/碳环表层以整张碳布预浸料叠层、内部以9～15片圆弧形状碳布预浸料拼接叠层或圆弧形状碳布预浸料与整张碳布预浸料交替叠层。5.根据权利要求1所述的一种高温热场用碳布预浸料叠层碳/碳圆环的制备方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彩，宋力，于红刚，李志军，于少志，
申请(专利权)人：德州联合拓普复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：