CN102505340A

CN102505340A - 一种制备预氧丝厚毡的方法及设备

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Publication number: CN102505340A
Application number: CN2011103115959A
Authority: CN
Inventors: 谭毅; 战丽姝; 施伟; 曹作暄
Original assignee: Dalian Longtian Tech Co ltd
Current assignee: Dalian Longtian Tech Co ltd
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明属于碳纤维毡制备的技术领域。一种制备预氧丝厚毡的方法，首先制备出预氧丝坯体，并裁剪成针刺机能铺入的尺寸，然后将裁剪后的一层预氧丝坯体通过传送带传送入针刺机进行针刺，一层完成后再向上铺一层预氧丝坯体进行针刺，逐次在上层所得到的坯体上再铺叠一层预氧丝坯体进行针刺，即可得到预氧丝厚毡。本发明提供了一种制备预氧丝厚毡的方法，通过该方法可以制得均一性好的预氧丝整体毡，经过后期的碳化处理和高温化处理后，可以得到保温性能优异、使用寿命长的碳纤维隔热毡。本发明的设备结构简单，操作简单，获得的产品质量好，可以连续生产，生产效率高，适合批量生产。

Description

一种制备预氧丝厚毡的方法及设备

技术领域

本发明属于碳纤维毡制备的技术领域，特别涉及一种将薄层预氧丝坯体进行针刺得到预氧丝厚毡的方法，另外还涉及其设备。

背景技术

碳/碳复合隔热材料由于具有导热系数小、热容量低、密度小、线膨胀系数小、耐高温、耐热冲击强、耐化学腐蚀性强、高纯无污染等优异的性能，广泛应用于航空航天、通讯光纤、新能源、高性能陶瓷制造、晶体生长领域，而随着新能源光伏产业的发展它又成为当前多晶硅铸锭炉及单晶硅直拉炉热场的必不可少的隔热材料，广受关注成为一个热点。

目前，碳/碳复合隔热材料主要应用于真空电阻炉、感应炉、烧结炉、热处理炉等，隔热效果优良，与金属反射屏炉相比可节电75%，在高热效率硬质合金真空烧结炉上，采用碳毡作保温材料，节电效果达46%~50%。2010年，据有关报道，日本碳素公司开发出高隔热性能的碳纤维隔热材料“混合隔热材料”，可作为节能部材用在高温、高能耗设备中，新产品是将碳纤维的成型隔热材料与毡复合而成的混合材料，能兼顾隔热和强度高、尺寸精确两种材料的优点。试验显示，某种条件下与使用硬质隔热材料相比，新材料可节约30%左右的电耗，今后还将考虑将其用于柴油车尾气过滤器用的陶瓷烧结、金属热处理、稀土类磁性材料的制造、太阳能电池硅铸造炉以及半导体晶圆生产设备等。2011年2月，世界知名碳石墨材料及相关产品制造商德国西格里集团与浙江晶盛机电股份有限公司在上海签署了SIGRATHERM MFA石墨硬毡价值4500万人民币的采购合同，主要用于晶体炉热场的隔热材料。

碳纤维毡是一种制造碳/碳复合隔热材料的主要坯体原材料。目前，工业使用碳纤维毡作为隔热材料，需要达到一定的厚度，因此普遍采用的方法是将8或10毫米厚的碳毡裁剪、粘结成一体，直到达到要求的厚度为止。这种利用粘结方法获得厚碳毡工艺存在诸多不足之处：

1、材料均一性差，层内与层间的隔热性能差异大；

2、保温性能差，因为在粘结过程中使用了大量的粘结剂，导致产品的密度过高；

3、粘结强度低，在高温环境下使用时容易开裂、分层。

因此，需要将碳纤维毡做成整体结构使用，而由于碳纤维韧性较预氧丝差，在制备过程中容易对碳纤维造成损伤，所以一般选用预氧丝来制备厚毡从而减少损伤，再经过后续的碳化处理和高温化处理，可以得到保温性能优异、使用寿命长的碳纤维隔热毡。目前，预氧丝厚毡的制备方法只在中国专利：一种整体结构保温碳毡的制备（200910265237.1）中提到过，但并未给出详细的制备方法及其设备。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种制备预氧丝厚毡的方法，通过对薄层的预氧丝坯体进行叠层针刺，并不断增加预氧丝坯体的数量后针刺，可以制得均一性好的预氧丝整体厚毡，提高了隔热材料的隔热效率，满足了其使用的要求。本发明的另一目的是提供一种制备预氧丝厚毡的设备，简单实用，易于操作，产品效果好，生产效率高。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种制备预氧丝厚毡的方法，首先制备出预氧丝坯体，并裁剪成针刺机能铺入的尺寸，然后将裁剪后的一层预氧丝坯体通过传送带送入针刺机进行针刺，一层完成后再向上铺一层预氧丝坯体进行针刺，逐次在上层所得到的坯体上再铺叠一层预氧丝坯体进行针刺，即可得到预氧丝厚毡。

所述制备预氧丝厚毡的方法，具体步骤如下：

第一步备料：首先将短切预氧丝通过开松机开松；然后将开松后短切预氧丝通过梳理机和气流铺网机铺成网形成预氧丝网胎；最后将预氧丝网胎通过针刺机进行针刺形成3-5mm预氧丝坯体，并将其裁剪成针刺机能铺入尺寸的小型预氧丝坯体；

第二步制备单层预氧丝毡：将一层小型预氧丝坯体铺入针刺机进出料面板之上，传送带将小型预氧丝坯体送入针刺机底板之上，针板上下往复运动，使得针板上的刺针对这一层小型预氧丝坯体进行针刺，一次针刺完成后，针刺后的小型预氧丝坯体到达另一侧的进出料面板之上；此后传送带带动针刺后的小型预氧丝坯体反方向运动进行第二次针刺，如此往复针刺2-4次，针刺完成后得到单层预氧丝毡，并回到传送带之上；

第三步制备预氧丝厚毡：在单层预氧丝毡上再铺叠一层小型预氧丝坯体，将底板降低1.5-2.0mm，按照第二步的操作进行针刺，即可将两层小型预氧丝坯体针刺成一个坯体；以此类推，逐次在上层所得到的坯体上再铺叠一层小型预氧丝坯体，每铺一层，底板高度下调1.5-2.0mm，直到得到厚度为15-50mm的预氧丝厚毡。

所述传送带的传送速率为20-50mm/s。

所述针刺机进行针刺的频率为20-30HZ，采用垂直或斜角针刺。

所述刺针的刺针密度为1000-4000针/米。

一种制备预氧丝厚毡的方法所采用的设备，设备包括底座、机体架、支撑杆、底板、针孔板进出料机构、针刺机构和升降机构；针刺机构固定安装于机体架上部，针孔板安装于支撑杆下端，针孔板位于针刺机构的正下方，升降机构固定安装于底座之上，底板安装于升降机构的顶端，且正对针孔板下方位置，针刺机构与底板平行；进出料机构两侧部分对称固定安装于机体架两侧，进出料机构中间部分安装于升降机构之上，且位于底板之下。

所述针刺机构采用上电机固定安装于机体架之上，轴承固定安装于上电机下方，针板盖固定安装于轴承下端，针板固定安装于针板盖下端，刺针固定于针板底端之上，且与针板垂直。

所述升降机构采用下电机固定安装于底座之上，丝杠固定安装于下电机之上，支撑板固定安装于丝杠之上。

所述进出料机构包括两侧部分和中间部分，其两侧部分采用进出料面板固定安装于进出料面板支架之上，滚轴安装于进出料面板支架之上，传送带安装于滚轴之上；其中间部分采用滚轴支架固定安装于机体架侧壁之上，中电机固定安装于机体架下部，其两侧部分和中间部分通过传送带相连接。

本发明的显著效果是对薄层预氧丝坯体进行叠层针刺，成功获得了预氧丝厚毡，通过对针刺工艺的精细控制，掌握了针刺工艺参数与预氧丝厚毡密度之间的关系，从而通过调整针刺工艺参数，来获得所需密度的预氧丝厚毡，达到隔热材料隔热效率的要求。本发明采用针刺整体毡，而非传统的薄层粘结制得，这样不仅可以提高材料的均一性，而且提高了材料的隔热性能，其厚度满足了行业标准板的要求。

本发明提供了一种制备预氧丝厚毡的方法，通过该方法可以制得均一性好的预氧丝整体毡，经过后期的碳化处理和高温化处理后，可以得到保温性能优异、使用寿命长的碳纤维隔热毡。本发明的设备结构简单，操作简单，获得的产品质量好，可以连续生产，生产效率高，适合批量生产。

附图说明

图1为一种制备预氧丝厚毡的方法采用设备的结构简图。图中，1、传送带，2、进出料面板，3、滚轴，4、进出料面板支架，5、上电机，6、轴承，7、针板盖，8、针板，9、刺针，10、针孔板，11、支撑杆，12、底板，13、中电机，14、滚轴支架，15、丝杠，16、底座，17、下电机，18、针板支架，19、支撑板。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图详细说明本发明，但本发明并不局限于具体实施例。

实施例1

如图1所述的一种制备预氧丝厚毡的设备，设备包括底座16、机体架18、支撑杆11、底板12、针孔板进出料机构、针刺机构和升降机构。

针刺机构采用上电机5固定安装于机体架18之上，轴承6固定安装于上电机5下方，针板盖7固定安装于轴承下端，针板8固定安装于针板盖7下端，刺针9固定于针板8底端之上。

升降机构采用下电机17固定安装于底座16之上，丝杠15固定安装于下电机17之上，支撑板19固定安装于丝杠15之上。

进出料机构包括两侧部分和中间部分，其两侧部分采用滚轴3安装于进出料面板支架4之上，进出料面板2固定安装于进出料面板支架4之上，传送带1安装于滚轴之上；其中间部分采用滚轴支架14固定安装于机体架18侧壁之上，中电机13固定安装于机体架18下部，其两侧部分和中间部分通过传送带1相连接。

针刺机构固定安装于机体架18上部，针孔板10安装于支撑杆11下端，针孔板10位于针刺机构的正下方，升降机构固定安装于底座16之上，底板12安装于升降机构的顶端，且正对针孔板10下方位置，针刺机构与底板平行或呈斜角；进出料机构两侧部分对称固定安装于机体架18两侧，进出料机构中间部分安装于升降机构之上，且位于底板之下。

实施例2

采用实施例1所述的设备制备预氧丝厚毡，首先制备出预氧丝坯体，并裁剪成针刺机能铺入的尺寸，然后将裁剪后的一层预氧丝坯体通过传送带送入针刺机进行针刺，一层完成后再向上铺一层预氧丝坯体进行针刺，逐次在上层所得到的坯体上再铺叠一层预氧丝坯体进行针刺，即可得到预氧丝厚毡，具体步骤如下：

第一步备料：首先将短切预氧丝通过开松机开松；然后将开松后短切预氧丝通过梳理机和气流铺网机铺成网形成预氧丝网胎；最后将预氧丝网胎通过针刺机进行针刺（垂直或斜45度角针刺均可以），形成厚度为3mm预氧丝坯体，并将其裁剪成针刺机能铺入尺寸的小型预氧丝坯体。

第二步制备单层预氧丝毡：将一层小型预氧丝坯体铺入针刺机进出料面板2上，启动中电机13，带动传送带1转动，传送带1将小型预氧丝坯体送入针刺机底板12之上，传送带1的速率由中电机13来控制，其速率为20mm/s，上电机5启动，通过轴承6带动针板8上下往复运动，使得针板8上的刺针9对这一层小型预氧丝坯体进行针刺，刺针9的刺针密度为4000针/米，针刺机进行针刺的频率由上电机5控制，其频率为20HZ，一次针刺完成后，针刺后的小型预氧丝坯体到达另一侧的进出料面板2之上；此后中电机13反转，传送带1带动针刺后的小型预氧丝坯体反方向运动进行第二次针刺，如此往复针刺2次，针刺完成后得到单层预氧丝毡，并回到传送带1之上。

第三步制备预氧丝厚毡：在单层预氧丝毡上再铺叠一层小型预氧丝坯体，通过下电机17将底板12降低1.5mm，按照第二步的操作进行针刺，即可将两层小型预氧丝坯体针刺成一个坯体；以此类推，逐次在上层所得到的坯体上再铺叠一层小型预氧丝坯体，每铺一层，底板12高度下调1.5mm，直到得到厚度为30mm的预氧丝厚毡，其密度为0.221g/cm³。

实施例3

采用实施例1所述的设备制备预氧丝厚毡：

第一步备料：首先将短切预氧丝通过开松机开松；然后将开松后短切预氧丝通过梳理机和气流铺网机铺成网形成预氧丝网胎；最后将预氧丝网胎通过针刺机进行针刺形成厚度为5mm预氧丝坯体，并将其裁剪成针刺机能铺入尺寸的小型预氧丝坯体。

第二步制备单层预氧丝毡：将一层小型预氧丝坯体铺入针刺机进出料面板2上，启动中电机13，带动传送带1转动，传送带1将小型预氧丝坯体送入针刺机底板12之上，传送带1的速率由中电机13来控制，其速率为40mm/s，上电机5启动，通过轴承6带动针板8上下往复运动，使得针板8上的刺针9对这一层小型预氧丝坯体进行针刺，刺针9的刺针密度为1000针/米，针刺机进行针刺的频率由上电机5控制，其频率为30Hz，一次针刺完成后，针刺后的小型预氧丝坯体到达另一侧的进出料面板2之上；此后中电机13反转，传送带1带动针刺后的小型预氧丝坯体反方向运动进行第二次针刺，如此往复针刺4次，针刺完成后得到单层预氧丝毡，并回到传送带1之上。

第三步制备预氧丝厚毡：在单层预氧丝毡上再铺叠一层小型预氧丝坯体，通过下电机17将底板12降低2.0mm，按照第二步的操作进行针刺，即可将两层小型预氧丝坯体针刺成一个坯体；以此类推，逐次在上层所得到的坯体上再铺叠一层小型预氧丝坯体，每铺一层，底板12高度下调2.0mm，直到得到厚度为50mm的预氧丝厚毡，其密度为0.183g/cm³。

采用实施例1所述的设备制备预氧丝厚毡，各种具体工艺参数与获得的预氧丝厚毡的密度如下表所示：

针刺频率/HZ	进出料速率/mm·s^-1	针刺次数（往复次数）/次	刺针密度针/米	下调高度/mm	厚度mm	密度/g·cm^-3
							25	20	6（3）	3000	2.0	15	0.146
25	30	6（3）	3000	2.0	15	0.144
							25	40	6（3）	3000	2.0	15	0.140
25	50	6（3）	3000	2.0	15	0.138
							20	40	6（3）	3000	2.0	15	0.129
30	40	6（3）	3000	2.0	15	0.142
							20	40	4（2）	3000	2.0	15	0.117
20	40	5（2.5）	3000	2.0	15	0.123
							30	50	4（2）	3000	2.0	15	0.127
20	40	4（2）	2000	2.0	40	0.163
							20	30	6（3）	2000	2.0	40	0.186
25	30	6（3）	2000	1.5	40	0.215

Claims

1.一种制备预氧丝厚毡的方法，其特征是：首先制备出预氧丝坯体，并裁剪成针刺机能铺入的尺寸，然后将裁剪后的一层预氧丝坯体通过传送带传送入针刺机进行针刺，一层完成后再向上铺一层预氧丝坯体进行针刺，逐次在上层所得到的坯体上再铺叠一层预氧丝坯体进行针刺，即可得到预氧丝厚毡。

2.根据权利要求1所述的一种制备预氧丝厚毡的方法，其特征是：所述方法具体步骤如下：

第一步备料：首先将短切预氧丝通过开松机开松；然后将开松后的短切预氧丝通过梳理机和气流铺网机铺成网形成预氧丝网胎；最后将预氧丝网胎通过针刺机进行针刺形成3-5mm预氧丝坯体，并将其裁剪成针刺机能铺入尺寸的小型预氧丝坯体；

第二步制备单层预氧丝毡：将一层小型预氧丝坯体铺入针刺机进出料面板（2）上，传送带（1）将小型预氧丝坯体送入针刺机底板（12）之上，针板（8）上下往复运动，使得针板（8）上的刺针（9）对这一层小型预氧丝坯体进行针刺，一次针刺完成后，针刺后的小型预氧丝坯体到达另一侧的进出料面板（2）之上；此后传送带（1）带动针刺后的小型预氧丝坯体反方向运动进行第二次针刺，如此往复针刺2-4次，针刺完成后得到单层预氧丝毡，并回到传送带（1）之上；

第三步制备预氧丝厚毡：在单层预氧丝毡上再铺叠一层小型预氧丝坯体，将底板（12）降低1.5-2.0mm，按照第二步的操作进行针刺，即可将两层小型预氧丝坯体针刺成一个坯体；以此类推，逐次在上层所得到的坯体上再铺叠一层小型预氧丝坯体，每铺一层，底板（12）高度下调1.5-2.0mm，直到得到厚度为15-50mm的预氧丝厚毡。

3.根据权利要求1或2任一所述的一种制备预氧丝厚毡的方法，其特征是：所述传送带（1）的传送速率为20-50mm/s。

4.根据权利要求1或2任一所述的一种制备预氧丝厚毡的方法，其特征是：所述针刺机进行针刺的频率为20-30HZ，采用垂直或斜角针刺。

5.根据权利要求2所述的一种制备预氧丝厚毡方法，其特征是：所述刺针（9）的刺针密度为1000-4000针/米。

6.一种制备预氧丝厚毡的方法所采用的设备，其特征是：设备包括底座（16）、机体架（18）、支撑杆（11）、底板（12）、针孔板（10）进出料机构、针刺机构和升降机构；针刺机构固定安装于机体架（18）上部，针孔板（10）安装于支撑杆（11）下端，针孔板（10）位于针刺机构的正下方，升降机构固定安装于底座（16）之上，底板（12）安装于升降机构的顶端，且正对针孔板（10）下方位置，针刺机构与底板平行；进出料机构两侧部分对称固定安装于机体架（18）两侧，进出料机构中间部分安装于升降机构之上，且位于底板之下。

7.根据权利要求6所述的一种制备预氧丝厚毡的设备，其特征是：所述针刺机构采用上电机（5）固定安装于机体架（18）之上，轴承（6）固定安装于上电机（5）下方，针板盖（7）固定安装于轴承下端，针板（8）固定安装于针板盖（7）下端，刺针（9）固定于针板（8）底端之上,且与针板垂直。

8.根据权利要求6所述的一种制备预氧丝厚毡的设备，其特征是：所述升降机构采用下电机（17）固定安装于底座（16）之上，丝杠（15）固定安装于下电机（17）之上，支撑板（19）固定安装于丝杠（15）之上。

9.根据权利要求6所述的一种制备预氧丝厚毡的设备，其特征是：所述进出料机构包括两侧部分和中间部分，其两侧部分采用进出料面板（2）固定安装于进出料面板支架（4）之上，滚轴（3）安装于进出料面板支架（4）之上，传送带（1）安装于滚轴之上；其中间部分采用滚轴支架（14）固定安装于机体架（18）侧壁之上，中电机（13）固定安装于机体架（18）下部，其两侧部分和中间部分通过传送带（1）相连接。