一种高纯碳纤维软毡及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高纯碳纤维软毡及其制备方法，本发明专利技术通过白丝和高分子纤维经过气流、梳理成网和针刺成型工艺技术制备得到白丝软毡，白丝软毡再通过辐照预氧化工艺制备预氧化毡，经过高温碳化和石墨化工艺，以及高温化学纯化工艺技术制备得到高纯碳纤维软毡。制备的高纯碳纤维软毡具有较低的密度、较高的纯度、非常好的保温性能以及较高的使用温度，并且制备过程更加环保、高效且低能耗。所述高纯碳纤维软毡材料的密度为0.05

【技术实现步骤摘要】
一种高纯碳纤维软毡及其制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纤维复合热场材料
，具体涉及一种高纯碳纤维软毡及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能晶硅生长炉、半导体长晶炉、热处理炉、光纤拉伸炉在晶体生长过程中需要具有优良保温性能、耐高温性能、低杂质含量即高纯度热场材料进行保温。而碳纤维软毡因碳纤维各向异性的三维层状结构而具有优异的保温性能，同时碳材料具有优异的耐高性能和较高的纯度，这些性能正好满足高温热场的需求。因此碳纤维软毡成为太阳能领域、半导体领域、热处理领域、光通讯领域高温装备必不可少的保温消耗品。
[0003]传统碳纤维软毡主要通过白丝或者预氧丝或者碳丝经过无纺技术制备而成，但是制备过程中也出现了一些问题，如(1)丙烯腈白丝在预氧化过程中需要在180
‑
300度的热空气中保温0.5
‑
3小时，过程控制严格，很容易造成纤维预氧化不均匀，且耗能较高；(2)有些黏胶类碳纤维在预氧化过程中会使用含磷阻燃剂，预氧化过程中环境污染严重，造成制备的碳纤维毡杂质含量超标，且影响晶体的生长，无法应用于半导体等高端热场领域；(3)碳丝直接无纺成毡时，由于碳丝的导电性，碳纤维很容易接触在一起，很难形成蓬松的低密度保温结构，并且由于纤维的脆性，在针刺时很容易造成纤维断裂，产生大量的碎屑，后续会污染热场；(4)预氧纤维毡在高温热处理过程中，很容易发生热收缩，造成材料的密度增大，且造成材料毡厚度等指标不均匀；(5)碳纤维毡由于原料及加工处理过程中引入的杂质，造成碳纤维毡的金属等杂质含量超标，无法满足高端热场的需求。(6)无纺成毡时，气流成网工艺纤维损伤更小，对纤维的强度要求低，但是纤维均匀度值在16左右，梳理机成网均匀性好，能做到纤维均匀度值3
‑
5之间，但是对纤维强度要求比较高。
[0004]热处理能耗高且不易控制、阻燃剂污染环境和杂质含量超标、密度较高且不易控制、碎屑污染热场、热处理收缩、金属杂质含量超标等问题亟待新材料和新方法来解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有材料和制备方法的不足之处，提供一种密度小、保温性能好、纯度高的碳纤维软毡。
[0006]本专利技术的另一目的在于提出一种工艺简单、快速的高效制备高纯碳纤维软毡的方法。
[0007]本专利技术的技术方案在于：
[0008]本专利技术提供了一种高纯碳纤维软毡，所述高纯碳纤维软毡通过以下方法制备得到：首先白丝和高分子纤维经过气流、梳理成网及针刺成型工艺制备得到白丝软毡，白丝软毡通过辐照预氧化工艺制备得到预氧化毡，再经过高温碳化及石墨化工艺，以及高温化学纯化工艺技术制备得到高纯碳纤维软毡。
[0009]所制备的高纯碳纤维软毡具有较低的密度、较高的纯度、非常好的保温性能以及
较高的使用温度，并且所述制备过程更加环保、高效且低能耗。
[0010]所述高纯碳纤维软毡的密度为0.05
‑
0.085g/cm3，导热系数0.052
‑
0.07W/(mK)，杂质含量＜2ppm。
[0011]所述白丝为丙烯腈基白丝、黏胶基白丝或者沥青基原丝的一种。
[0012]所述白丝的长度为5
‑
15cm。
[0013]本专利技术的另一目的在于提供一种生产效率高、能耗低、污染小、密度低、纯度高、隔热保温性能好即高效低能耗制备高纯碳纤维软毡的方法。
[0014]一种高纯碳纤维软毡的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0015](1)白丝气流+梳理成网+针刺成型：将白丝和高分子纤维共混，然后在气流成网和梳理成网两种工艺过程中成网，再在针刺作用下增强定型，得到具有一定强度和密度的白毡；
[0016](2)辐照预氧化：在高能电子束下进行快速传动辐照预氧化，得到预氧化毡；
[0017](3)高温碳化和石墨化：将预氧化毡进行碳化反应，脱除非碳成分；再继续升温，进行石墨化处理，从而获得碳纤维软毡；
[0018](4)高温化学处理：在高温环境中，通过加入聚四氟乙烯粉体对碳纤维软毡进行化学渗透和反应，最终获得高纯碳纤维软毡。
[0019]步骤(1)中，所使用的白丝为丙烯腈基白丝、黏胶基白丝或者沥青基原丝的一种。
[0020]所使用的白丝的长度为5
‑
15cm。
[0021]所述高分子纤维选自聚丙烯纤维或尼龙纤维中的一种或几种。
[0022]通过高分子纤维和白丝形成混合毡结构，不仅后续经过碳化后可以去除，且其能起到降低整个碳纤维毡的密度的作用，从而最终获得具有较低密度的碳纤维毡，具有较好的保温性能。
[0023]添加的高分子纤维的质量百分含量为白丝的10％
‑
30％，直径为10
‑
20um，长度为5
‑
15cm。
[0024]步骤(1)中，采用气流成网和梳理成网相结合的方式进行成网，先采用气流成网工艺，使得纤维均匀度值达到15
‑
17，然后使用梳理成网，使得纤维均匀度值达到3
‑
5。
[0025]这样不仅可以保证长纤维在面内均匀分散，在面内形成均一结构，并且纤维损伤不大，两种成网方式相结合是本专利技术的创新点之一。
[0026]步骤(1)中，白毡层与层之间容易发生滑移，为了增强白毡层与层之间的强度，本专利技术通过针刺的作用使得部分纤维在Z向进行分布，从而使得白毡具有一定的力学强度。
[0027]其中Z向纤维与平面内的纤维数量比为1：(50
‑
150)。
[0028]步骤(2)中，预氧化在5
‑
10min完成。预氧化过程中进行传动辐照。
[0029]辐照预氧化过程中不添加任何阻燃剂，在空气中即可以快速进行预氧化。通过传动辐照及时散热，毡体不会发生变形收缩现象。
[0030]步骤(2)中，预氧化的辐照剂量为50
‑
500kGy。使用预氧化工艺处理白丝是本专利技术的创新点之一。
[0031]上述步骤(3)中，碳化过程中的温度为350℃
‑
800℃。
[0032]在400
‑
600℃保持0.5
‑
1.5h，在600
‑
800℃保温0.5
‑
1.5h，升温速率为50
‑
150℃。
[0033]碳化过程中产生大量的热解气体，通过抽真空，将产生的热解气体及时排出，并真
空度控制在10Pa以下。
[0034]上述步骤(3)中，石墨化过程的温度为1800
‑
2600℃。
[0035]升到指定温度后保温2
‑
4h，升温速率为50
‑
200℃/h。
[0036]石墨化过程中抽真空，及时排除杂质元素，保证最终产品的纯度，真空度控制在10Pa以下。
[0037]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯碳纤维软毡，其特征在于，所述高纯碳纤维软毡通过以下方法制备得到：首先白丝和高分子纤维经过气流、梳理成网及针刺成型工艺制备得到白丝软毡，白丝软毡通过辐照预氧化工艺制备得到预氧化毡，再经过高温碳化及石墨化工艺，以及高温化学纯化工艺技术制备得到高纯碳纤维软毡。2.根据权利要求1所述的高纯碳纤维软毡，其特征在于，所述高纯碳纤维软毡的密度为0.05
‑
0.085g/cm3，导热系数0.052
‑
0.07W/(mK)，杂质含量＜2ppm。3.根据权利要求1或2所述的高纯碳纤维软毡，其特征在于，所述白丝为丙烯腈基白丝、黏胶基白丝或者沥青基原丝的一种。4.权利要求1
‑
3任一项所述的高纯碳纤维软毡的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)白丝气流+梳理成网+针刺成型：将白丝和高分子纤维共混，然后在气流成网和梳理成网两种工艺过程中成网，再在针刺作用下增强定型，得到具有一定强度和密度的白毡；(2)辐照预氧化：在高能电子束下进行快速传动辐照预氧化，得到预氧化毡；(3)高温碳化和石墨化：将预氧化毡进行碳化反应，脱除非碳成分；再继续升温，进行石墨化处理，从而获得碳纤维软毡；(4)高温化学处理：在高温环境中，通过加入聚四氟乙烯粉体对碳纤维软毡进行化学渗透和反应，最终获得高纯碳纤维软毡。5.根据权利要求4所述的高纯碳纤维软毡的制备方法，其特征在于，所述白丝的长度为5
‑
15cm。6.根据权利要求4或5所述的高纯碳纤维软毡的制备方法，其特征在于，所述高分子纤维为聚丙烯纤维和/或尼龙纤维，直径为10
‑
20um，长度为5
‑
15cm。7.根据权利要求4所述的高纯碳纤维软毡的制备方法，其特征在于，所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：相利学，王瑛，朱丹，王永成，代旭明，唐波，
申请(专利权)人：诸暨市幄肯中智新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：