一种碳纤维增强石墨圆环及其制备方法技术

本申请涉及碳材料技术领域，特别涉及一种碳纤维增强石墨圆环及其制备方法，包括：S10：提供短切纤维，短切纤维为碳纤维；S20：将短切纤维真空吸附于圆环模具中，形成短切纤维层，并向短切纤维层上施加预制胶体溶液，使预制胶体溶液浸入短切纤维层；S30：循环执行S20中的形成短切纤维层和施加预制胶体溶液的步骤，至形成预设厚度的初始圆环胚体；S40：基于初始圆环胚体形成石墨化的圆环胚体，并对石墨化的圆环胚体进行机加工，得到初始石墨圆环；S50：对初始石墨圆环进行表面致密化，得到石墨圆环。本申请能够有效降低石墨圆环制备过程中的原料浪费和加工难度，提升产品良率和原料利用率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强石墨圆环及其制备方法


[0001]本申请涉及碳材料
，特别涉及一种碳纤维增强石墨圆环及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨圆环常应用于高温热场和腐蚀性环境中，作为保温件、支撑件或隔离件等。为制备具备良好力学性能和化学稳定性的圆环产品，相关技术采用碳纤维编织方法形成预制体，进而形成石墨圆环制品。但受限于产品形状，直接进行编织易导致边缘尺寸及厚度难以控制的问题，鉴于此，通常采用编织方法形成等厚的碳碳板材，然后切割形成圆环，四角边料和中心圆盘难以有效利用，造成原料浪费；并且，为节约成本，碳纤维编织预制体的加工余量通常控制在5mm左右，对于较大直径的石墨圆环，碳纤维编织预制体在制备和成型处理过程中更易产生形变，而微小形变即可能导致产品报废，加大生产难度，致使良品率低。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中上述问题的至少之一，本申请提供一种碳纤维增强石墨圆环及其制备方法，能够有效提升原料利用率，同时提高产品尺寸控制精度，提升良品率。具体技术方案如下：一方面，本申请提供一种碳纤维增强石墨圆环的制备方法，包括以下步骤：S10：提供短切纤维，所述短切纤维为碳纤维；S20：将所述短切纤维真空吸附于圆环模具中，形成短切纤维层，并向所述短切纤维层上施加预制胶体溶液，使所述预制胶体溶液浸入所述短切纤维层；S30：循环执行S20中的所述形成短切纤维层和所述施加预制胶体溶液的步骤，至形成预设厚度的初始圆环胚体；S40：基于所述初始圆环胚体形成石墨化的圆环胚体，并对所述石墨化的圆环胚体进行机加工，得到初始石墨圆环；S50：对所述初始石墨圆环进行表面致密化，得到石墨圆环。
[0004]一些可能的实施方式中，所述圆环模具的底部设有的通孔，所述通孔与真空吸附装置连通；所述S20包括：S21：将所述短切纤维分散于密闭装置中，通过气流将所述短切纤维输送至所述圆环模具，并采用所述真空吸附装置，通过所述圆环模具底部的通孔将所述短切纤维吸附于所述圆环模具中，形成所述短切纤维层；S22：在所述圆环模具匀速旋转的状态下，向所述短切纤维层上喷洒所述预制胶体溶液，使所述预制胶体溶液浸入所述短切纤维层。
[0005]一些可能的实施方式中，在所述将所述短切纤维真空吸附于圆环模具中，形成所述短切纤维层的过程中，保持所述圆环模具匀速旋转。
[0006]一些可能的实施方式中，所述制备方法满足下述特征中的至少之一：输送所述短切纤维层的气流流速为10
‑
20m/s；
所述真空吸附装置将所述短切纤维吸附至所述圆环模具中所采用的真空度为10
‑
30kpa；所述圆环模具的转速为1
‑
15s/r。
[0007]一些可能的实施方式中，所述圆环模具的底部上方设置丝网，所述丝网与所述圆环模具的底部间具有间隔，所述丝网设有多个网孔；所述制备方法满足下述特征中的至少之一：所述通孔的直径为2
‑
5mm；所述网孔的直径为0.5
‑
2mm。
[0008]一些可能的实施方式中，所述制备方法满足下述特征中的至少之一：所述短切纤维的纤维长度为1
‑
10mm；吸附于所述圆环模具中的短切纤维的单束纤维直径小于等于预设直径，所述预设直径为0.05～0.015mm。
[0009]一些可能的实施方式中，所述预制胶体溶液包括树脂、石墨粉和有机溶剂，所述预制胶体溶液中树脂、石墨粉和有机溶剂的质量比为2
‑
5份:3
‑
7份:1
‑
3份。
[0010]一些可能的实施方式中，石墨粉中的石墨颗粒粒径小于等于50μm。
[0011]一些可能的实施方式中，单层所述短切纤维层的厚度为1
‑
5mm。
[0012]一些可能的实施方式中，所述S40中基于所述初始圆环胚体形成石墨化的圆环胚体包括：S41：对所述初始圆环胚体进行加压，使所述初始圆环胚体的尺寸达到预设尺寸，所述预设尺寸为形成有针对所述石墨圆环的加工余量的胚体的尺寸；S42：对加压后的初始圆环胚体进行加热固化，得到固化的初始圆环胚体；S43：对所述固化的初始圆环胚体进行碳化和浸渍增密处理，至得到预设密度的圆环胚体；S44：对所述预设密度的圆环胚体进行高温石墨化处理，得到所述石墨化的圆环胚体。
[0013]一些可能的实施方式中，所述预设厚度为所述预设尺寸的初始圆环胚体的厚度的预设倍数，所述预设倍数为1.2
‑
1.5倍。
[0014]一些可能的实施方式中，所述加工余量中单边余量小于等于预设余量值，所述预设余量值小于等于3mm。
[0015]一些可能的实施方式中，固化的初始圆环胚体的胚体密度为0.8
‑
1.0g/cm3。
[0016]一些可能的实施方式中，预设密度大于等于1.35g/cm3。
[0017]一些可能的实施方式中，石墨圆环的密度大于等于1.4g/cm3。
[0018]另一方面，本申请提供一种碳纤维增强石墨圆环，所述碳纤维增强石墨圆环采用上述碳纤维增强石墨圆环的制备方法制得。
[0019]另一方面，本申请提供一种上述的碳纤维增强石墨圆环的应用，具体可以应用于加热环境中的保温盖或支撑环等。
[0020]基于上述技术方案，本申请具有以下有益效果：本申请的技术方案采用短切纤维，通过真空吸附的方式在圆环模具中形成短切纤维层，然后施加预设胶体溶液，循环上述步骤形成胚体，进而使胚体形状和尺寸接近于成
品，降低加工余量和切割边料量，提升原料利用率，便于生产操作，并且，短切纤维结合真空吸附方式能够确保短切纤维层的整体均一性，显著提升胚体边缘尺寸和厚度均一性的控制精度，降低加工余量的尺寸需求，进一步提升原料利用率和产品良率；此外，在胚体制备过程中加入胶体溶液，有利于产品固化和形状保持，降低形变风险，进而降低生产难度，提升良品率。形成胚体后，通过石墨化处理、机加工和表面致密化形成石墨圆环，能够缩短生产周期，提升石墨圆环的力学性能和化学稳定性，延长使用寿命。
[0021]本申请的石墨圆环的密度可达1.40 g/cm3以上，压缩强度达172 KPa以上，弯曲强度达163 KPa以上，同时剪切强度达到12 KPa以上，具备良好的力学性能。此外，本申请的石墨圆环产品具备优异的抗腐蚀性，产品的使用寿命平均延长15
‑
20%，石墨圆环产品的合格率达99%以上，原材料利用率达到95%以上。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0023]图1是本申请实施例提供的一种碳纤维增强石墨圆环的制备方法的方法流程示意图；
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强石墨圆环的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：提供短切纤维，所述短切纤维为碳纤维；S20：将所述短切纤维真空吸附于圆环模具中，形成短切纤维层，并向所述短切纤维层上施加预制胶体溶液，使所述预制胶体溶液浸入所述短切纤维层；S30：循环执行S20中的所述形成短切纤维层和所述施加预制胶体溶液的步骤，至形成预设厚度的初始圆环胚体；S40：基于所述初始圆环胚体形成石墨化的圆环胚体，并对所述石墨化的圆环胚体进行机加工，得到初始石墨圆环；S50：对所述初始石墨圆环进行表面致密化，得到石墨圆环。2.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述圆环模具的底部设有的通孔，所述通孔与真空吸附装置连通；所述S20包括：S21：将所述短切纤维分散于密闭装置中，通过气流将所述短切纤维输送至所述圆环模具，并采用所述真空吸附装置，通过所述圆环模具底部的通孔将所述短切纤维吸附于所述圆环模具中，形成所述短切纤维层；S22：在所述圆环模具匀速旋转的状态下，向所述短切纤维层上喷洒所述预制胶体溶液，使所述预制胶体溶液浸入所述短切纤维层。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述将所述短切纤维真空吸附于圆环模具中，形成所述短切纤维层的过程中，保持所述圆环模具匀速旋转。4.根据权利要求2中所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足下述特征中的至少之一：输送所述短切纤维层的气流流速为10
‑
20m/s；所述真空吸附装置将所述短切纤维吸附至所述圆环模具中所采用的真空度为10
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30kpa；所述圆环模具的转速为1
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15s/r。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述圆环模具的底部上方设置丝网，所述丝网与所述圆环模具的底部间具有间隔，所述丝网设有多个网孔；所述制备方法满足下述特征中的至少之一：所述通孔的直径为2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李海波，甘晶晶，谭俊文，
申请(专利权)人：浙江德鸿碳纤维复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：