一種高溫爐用硬化保溫材料的制備方法技術

本發明專利技術提供了一種高溫爐用硬化保溫材料的制備方法，包括以下步驟：一、對碳纖維進行剪切處理，得到短纖維和長纖維，然后將短纖維和長纖維混合均勻，得到混合纖維；二、將分散劑和水混合均勻，得到分散液；三、將混合纖維與分散液混合均勻，得到漿料；四、對漿料進行第一真空抽濾成型，得到坯料，然后將粘結劑澆注在所述坯料上，進行第二真空抽濾成型，得到成型品；五、固化；六、進行碳化-高溫處理，得到高溫爐用硬化保溫材料。采用本發明專利技術制備的高溫爐用硬化保溫材料具有低密度、低導熱系數、高機械強度等特性，能夠作為晶體硅高溫爐、氣相沉積爐、陶瓷燒結爐等高溫爐中的隔熱保溫材料廣泛使用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于隔熱保溫材料
，具體涉及一種高溫爐用硬化保溫材料的制備 方法。
技術介紹
隨著科學技術的發展，軍事、國防、冶金、化工等國民經濟各領域對保溫材料的需 求日益劇增，且對保溫材料的性能要求越來越高。目前使用的保溫材料大多為軟氈隔熱材 料，其具有硬度低、易粉化、安裝拆卸不方便、隔熱保溫性能差等劣勢，而短纖維硬化保溫材 料能克服軟氈隔熱材料的上述缺點，可廣泛應用于各類高溫爐保溫領域。 目前國內真空高溫爐中所使用的保溫材料一般采用軟碳氈，這種結構的隔熱保溫 材料存在強度低、易變形、易風化、隔熱效果差、拆卸安裝費時費力等缺點，而短纖維硬化保 溫材料能夠克服軟氈保溫材料的上述缺點，可作為晶體硅高溫爐、氣相沉積爐、陶瓷燒結爐 等高溫爐中的隔熱保溫材料得到廣泛使用。 目前國內碳纖維硬氈主要采用軟氈浸漬分層粘貼的成型工藝，此種工藝成型方式 制成的硬氈，雖然強度較軟氈有所提高，但仍存在導熱系數大、保溫性能差等致命缺點。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種高溫爐用硬 化保溫材料的制備方法。采用該方法制備的高溫爐用硬化保溫材料具有低密度、低導熱系 數、高機械強度等特性，能夠作為晶體硅高溫爐、氣相沉積爐、陶瓷燒結爐等高溫爐中的隔 熱保溫材料廣泛使用。 為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：一種高溫爐用硬化保溫材料的 制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： 步驟一、對碳纖維進行剪切處理，得到長度為0.5mm~3mm的短纖維和長度為IOmm ~30mm的長纖維，然后將所述短纖維和長纖維按質量比(0.25~4): 1混合均勻，得到混合纖 維； 步驟二、將分散劑和水混合均勻，得到分散液;所述分散液中分散劑的質量百分含 量為0.3%~3%; 步驟三、將步驟一中所述混合纖維和步驟二中所述分散液混合均勻，得到漿料;所 述衆料中混合纖維的質量百分含量為5%~15% ; 步驟四、對步驟三中所述漿料進行第一真空抽濾成型，得到坯料，然后將粘結劑澆 注在所述坯料上，進行第二真空抽濾成型，得到成型品；所述第一真空抽濾成型和第二真空 抽濾成型的真空度均為0.0 lMPa~0.05MPa，所述第一真空抽濾成型和第二真空抽濾成型的 時間均為IOmin~30min，所澆注的粘結劑的質量為混合纖維質量的0.5~3倍； 步驟五、對步驟四中所述成型品進行固化處理，所述固化處理的具體過程為:將所 述成型品先在溫度為70°C~90°C的條件下保溫Ih~3h，然后升溫至100°C~130°C后保溫Ih ~3h，之后升溫至150°C~200°C后保溫5h~10h，最后自然冷卻至25°C室溫； 步驟六、對步驟五中固化處理后的成型品進行碳化-高溫處理，得到高溫爐用硬化 保溫材料;所述碳化-高溫處理為碳化和高溫相結合的處理工藝，具體過程為:將固化處理 后的成型品先在溫度為150°c~200°C的條件下保溫5h~10h，再升溫至600°C~700°C后保 溫3h~5h，然后升溫至900°C~1000°C后保溫5h~10h，之后升溫至1800°C~2000°C后保溫 5h~10h，最后自然冷卻至25°C室溫。 上述的，其特征在于，步驟一中所述碳纖 維為聚丙烯腈基碳纖維、粘膠基碳纖維或瀝青基碳纖維。 上述的，其特征在于，步驟二中所述分散 劑為甲基纖維素、羧甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素。 上述的，其特征在于，步驟四中所述粘結 劑為環氧樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂或丙烯酸樹脂。 上述的，其特征在于，步驟六中所述碳化-高溫處理在氮氣或惰性氣體的保護下進行。 為提高本專利技術高溫爐用硬化保溫材料的機械強度及抗熱震性，可在實際使用前對 該保溫材料的表面進行處理，表面處理的方法包括以下步驟： 步驟一、將本專利技術所述硬化保溫材料進行表面拋光平整； 步驟二、將平整后的硬化保溫材料表面涂刷粘結劑，然后粘結石墨紙、碳布或石墨 布;所述粘結劑為酚醛樹脂； 步驟三、進行固化和碳化處理，所述固化和碳化處理的工藝過程與制備該保溫材 料時的固化和碳化處理的工藝過程相一致。本專利技術與現有技術相比具有以下優點： 1、本專利技術能制造出密度低、導熱系數低、熱容量小、機械性能高的隔熱保溫材料。 本專利技術通過調節纖維長度比例，使隔熱保溫材料形成獨特的骨架粉料填充結構，以長纖維 作為骨架，短纖維作為填料，各分區形成長纖維包圍短纖維的疇，分區疇緊密連接，形成了 獨特的骨架粉料填充結構，這種優異結構使得隔熱保溫材料的熱容量小、導熱系數低;通過 調節纖維與粘結劑比例，可以得到具有最佳熱學性能和力學性能的隔熱保溫材料。 2、采用本專利技術制備的高溫爐用硬化保溫材料的密度為0. lOg/cm3~0.30g/cm3，導 熱系數低于0.6W/m.K，壓縮強度高于0.2MPa，灰分小于5000ppm，具有低密度、低導熱系數、 高機械強度等特性，能夠作為晶體硅高溫爐、氣相沉積爐、陶瓷燒結爐等高溫爐中的隔熱保 溫材料廣泛使用。 3、本專利技術方法操作簡單，工藝穩定性高。下面結合實施例對本專利技術作進一步詳細說明。【具體實施方式】 實施例1 本實施例高溫爐用硬化保溫材料的制備方法包括以下步驟： 步驟一、對碳纖維進行剪切處理，得到長度為1mm的短纖維和長度為20mm的長纖 維，然后將所述短纖維和長纖維按質量比1:1混合均勻，得到混合纖維;所述碳纖維為聚丙 稀腈基碳纖維； 步驟二、將分散劑和水混合均勻，得到分散液;所述分散液中分散劑的質量百分含 量為1 % ;所述分散劑為甲基纖維素； 步驟三、將步驟一中所述混合纖維和步驟二中所述分散液混合均勻，得到漿料;所 述漿料中混合纖維的質量百分含量為10% ; 步驟四、對步驟三中所述漿料進行第一真空抽濾成型，得到坯料，然后將粘結劑澆 注在所述坯料上，進行第二真空抽濾成型，得到成型品；所述第一真空抽濾成型和第二真空 抽濾成型的真空度均為〇.〇2MPa，所述第一真空抽濾成型和第二真空抽濾成型的時間均為 lOmin，所澆注的粘結劑的質量為混合纖維質量的2倍;所述粘結劑為環氧樹脂； 步驟五、對步驟四中所述成型品進行固化處理，所述固化處理的具體過程為:將所 述成型品先在溫度為80°C的條件下保溫2h，然后升溫至120°C后保溫2h，之后升溫至180°C 后保溫6h，最后自然冷卻至25°C室溫； 步驟六、對步驟五中固化處理后的成型品進行碳化-高溫處理，得到高溫爐用硬化 保溫材料;所述碳化-高溫處理為碳化和高溫相結合的處理工藝，具體過程為:在氮氣或惰 性氣體的保護下，將固化處理后的成型品先在溫度為180°C的條件下保溫8h，再升溫至650 C后保溫4h，然后升溫至950 C后保溫6h，之后升溫至1850 C后保溫6h，最后自然冷卻至25 °C室溫。 本實施例制備的高溫爐用硬化保溫材料的性能數據見表1。 實施例2 本實施例高溫爐用硬化保溫材料的制備方法包括以下步驟： 步驟一、對碳纖維進行剪切處理，得到長度為3mm的短纖維和長度為30mm的長纖 維，然后將所述短纖維和長纖維按質量比3:1混合均勻，得到混合纖維;所述碳纖維為粘膠 基碳纖維；步驟二、將分散劑和水混合均勻，得到分散液;所述分散液中分散劑的質量百分含 量為1.5% ;所述分散劑為羧甲基纖維素；步驟三、將步驟一中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高溫爐用硬化保溫材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：步驟一、對碳纖維進行剪切處理，得到長度為0.5mm～3mm的短纖維和長度為10mm～30mm的長纖維，然后將所述短纖維和長纖維按質量比(0.25～4)∶1混合均勻，得到混合纖維；步驟二、將分散劑和水混合均勻，得到分散液；所述分散液中分散劑的質量百分含量為0.3％～3％；步驟三、將步驟一中所述混合纖維和步驟二中所述分散液混合均勻，得到漿料；所述漿料中混合纖維的質量百分含量為5％～15％；步驟四、對步驟三中所述漿料進行第一真空抽濾成型，得到坯料，然后將粘結劑澆注在所述坯料上，進行第二真空抽濾成型，得到成型品；所述第一真空抽濾成型和第二真空抽濾成型的真空度均為0.01MPa～0.05MPa，所述第一真空抽濾成型和第二真空抽濾成型的時間均為10min～30min，所澆注的粘結劑的質量為混合纖維質量的0.5～3倍；步驟五、對步驟四中所述成型品進行固化處理，所述固化處理的具體過程為：將所述成型品先在溫度為70℃～90℃的條件下保溫1h～3h，然后升溫至100℃～130℃后保溫1h～3h，之后升溫至150℃～200℃后保溫5h～10h，最后自然冷卻至25℃室溫；步驟六、對步驟五中固化處理后的成型品進行碳化?高溫處理，得到高溫爐用硬化保溫材料；所述碳化?高溫處理的具體過程為：將固化處理后的成型品先在溫度為150℃～200℃的條件下保溫5h～10h，再升溫至600℃～700℃后保溫3h～5h，然后升溫至900℃～1000℃后保溫5h～10h，之后升溫至1800℃～2000℃后保溫5h～10h，最后自然冷卻至25℃室溫。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張旭輝，侯衛權，彭志剛，楊萬利，張靈玉，樊振寧，
申請(專利權)人：西安超碼科技有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61