CN114920573A - 一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，属于保温材料技术领域，包括以下步骤：基体制备、配制预处理料、使用预处理料、配制涂层料、使用涂层料。本发明的方法优化了涂层工艺，在原有工艺基础上降低10％成本，扩大30％产能，二次涂层和一次涂层产品状态如下，涂层效果基本相似，优化涂层工序后并不影响涂层效果；解决了在硬质碳纤维保温材料增加高温炉利用率降低、产能下降、成本增加的问题，满足了市场对硬质碳纤维保温材料的需求。
Description
技术领域
本发明涉及保温材料技术领域，具体是一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法。
背景技术
硬质碳纤维保温材料是光伏行业单晶硅生产制造的主要耗材，具有密度小，导热系数小，含碳量高等特点，近年来，随着光伏行业爆发式增长，单晶硅尺寸不断增加，大尺寸热场36吋、40吋成为主流，光伏行业对硬质碳纤维保温材料的需求不断增加，但由于“双控节能政策”，光伏行业对硬质碳纤维保温材料提出了高性能低成本的要求。
制作硬质碳纤维使用的烧结炉为尺寸固定的长方体真空烧结炉，随着制作产品尺寸的增加，真空烧结炉内产品装炉量减少，导致产能下降，成本增加，若使用传统工艺，无法满足客户新的成本需求。
硬质碳纤维产品表面在单晶炉内非常容易受到各种腐蚀，因此在生产工艺中主要包含两次涂层工艺，功能分别起到基底填充和打磨加密的作用，两次涂层后均需要碳化处理，是生产工艺中占用高温炉占比最大的工序，在不影响硬质碳纤维保温材料的性能同时降低生产成本的问题，最佳的选择是优化生产工艺，提高生产效率，若将两次涂层的功能合并到一次完成，便可减少一次碳化工序，释放产能，减低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，包括以下步骤：
基体制备：对碳纤维软毡进行处理，然后缠绕至成型模具上，依次进行固化处理和碳化处理，得到硬质碳纤维保温材料毛坯件，将硬质碳纤维保温材料毛坯件机械加工，得基体加工件；
配制预处理料；
使用预处理料：将预处理料均匀涂刷至基体加工件表面，进行固化处理，然后整平；
配制涂层料；
使用涂层料：将涂层料均匀涂刷在整平后的基体加工件表面，然后进行打磨，再进行后固化处理和后碳化处理。
作为本发明的进一步技术方案，所述基体制备时，碳纤维软毡为沥青基软毡，沥青基软毡丝径为12-18μm，密度为0.125g/cm3，通过浸渍或喷淋胶黏剂进行处理。
作为本发明的更进一步技术方案，所述基体制备时，固化处理为在160-180℃处理6-9h；碳化处理为在1600-2000℃处理14-20h。
作为本发明的再进一步技术方案，所述预处理料包括如下重量份的原料：环氧树脂80-90份、固化剂8-9份、纤维1-3份、石墨填充料3-5份；制备时将原料混合，真空搅拌即得。
作为本发明的再进一步技术方案，所述环氧树脂为型号为CYDW-125的水性环氧树脂；所述固化剂为CYDHD-2321；所述纤维为沥青基短纤，长度为0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm中的一种或多种；所述石墨填充料为球状的石墨粉或片状结构石墨烯中的至少一种；所述真空搅拌是在真空度为-1MPa下，3000r/min搅拌10-15min。
作为本发明的再进一步技术方案，所述使用预处理料时，每1kg基体加工件涂覆预处理料的涂覆量为0.15-0.4kg，更优选为0.25kg；固化处理为在80-140℃处理2-5h。
作为本发明的再进一步技术方案，所述涂层料包括如下重量份的原料：酚醛树脂15-40份、溶剂35-55份、石墨填充料8-15份、纤维5-10份、悬浮剂0.5-1份、表面流平助剂0.5-1份；制备时将原料混合，通过高速剪切乳化机搅拌均匀即得。
作为本发明的再进一步技术方案，所述酚醛树脂型号为EXP0371；所述溶剂为乙醇；所述纤维为沥青基短纤，长度为0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm中的一种或多种；所述石墨填充料为球状的石墨粉或片状结构石墨烯中的至少一种；所述悬浮剂为炭黑；所述表面流平助剂为改性聚丙烯酸。
作为本发明的再进一步技术方案，所述后固化处理为在160-180℃处理4-6h。
作为本发明的再进一步技术方案，所述后碳化处理为在1600-2200℃处理14-20h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：优化了涂层工艺，在原有工艺基础上降低10％成本，扩大30％产能，二次涂层和一次涂层产品状态如下，涂层效果基本相似，优化涂层工序后并不影响涂层效果；解决了在硬质碳纤维保温材料增加高温炉利用率降低、产能下降、成本增加的问题，满足了市场对硬质碳纤维保温材料的需求。
附图说明
图1为实施例1中一次涂层的涂层致密性检测图；
图2为对比例1中传统二次涂层的涂层致密性检测图。
具体实施方式
实施例1
一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
基体制备：通过浸渍或喷淋环氧树脂胶黏剂对沥青基软毡(沥青基丝径为12μm，密度为0.125g/cm3)进行处理，然后缠绕至成型模具上，依次进行固化处理和碳化处理，固化处理为在160℃处理9h；碳化处理为在1600℃处理20h，得到硬质碳纤维保温材料毛坯件，将硬质碳纤维保温材料毛坯件机械加工，得基体加工件；
配制预处理料：称取型号为CYDW-125的水性环氧树脂80kg、固化剂CYDHD-23218kg、沥青基短纤(长度为0.5mm)1kg、球状的石墨粉3kg；将上述原料混合，在真空度为-1MPa下，3000r/min搅拌10min；
使用预处理料：将预处理料均匀涂刷至基体加工件表面，在80℃处理5h，然后使用电动打磨器将产品表面打磨平整；
配制涂层料：称取型号为EXP0371的酚醛树脂15kg、乙醇35kg、球状的石墨粉8kg、沥青基短纤(长度为0.8mm)5kg、炭黑0.5kg、改性聚丙烯酸0.5kg；将上述原料混合，通过高速剪切乳化机在8500rpm下处理30min即得；
使用涂层料：将涂层料均匀涂刷在整平后的基体加工件表面，然后使用电动打磨器将产品表面打磨平整，在160℃处理6h后，在1600℃处理20h。
实施例2
一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
基体制备：通过浸渍或喷淋酚醛树脂胶黏剂对沥青基软毡(沥青基丝径为15μm，密度为0.125g/cm3)进行处理，然后缠绕至成型模具上，依次进行固化处理和碳化处理，固化处理为在180℃处理8h；碳化处理为在1800℃处理17h，得到硬质碳纤维保温材料毛坯件，将硬质碳纤维保温材料毛坯件机械加工，得基体加工件；
配制预处理料：称取型号为CYDW-125的水性环氧树脂85kg、固化剂CYDHD-23218.5kg、沥青基短纤(长度为0.5mm、1.5mm的两种按质量比1:1混合得到)2kg、片状结构石墨烯4kg；将上述原料混合，在真空度为-1MPa下，3000r/min搅拌13min；
使用预处理料：将预处理料均匀涂刷至基体加工件表面，在110℃处理3.5h，然后使用电动打磨器将产品表面打磨平整；
配制涂层料：称取型号为EXP0371的酚醛树脂30kg、乙醇45kg、片状结构石墨烯12kg、沥青基短纤(长度为0.5mm、0.8mm、1.5mm的三种按质量比1:1:2混合得到)8kg、炭黑0.8kg、改性聚丙烯酸0.7kg；将上述原料混合，通过高速剪切乳化机在12000rpm下处理25min即得；
使用涂层料：将涂层料均匀涂刷在整平后的基体加工件表面，然后使用电动打磨器将产品表面打磨平整，在170℃处理5h后，在1900℃处理17h。
实施例3
一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
基体制备：通过浸渍或喷淋环氧树脂胶黏剂对沥青基软毡(沥青基丝径为18μm，密度为0.125g/cm3)进行处理，然后缠绕至成型模具上，依次进行固化处理和碳化处理，固化处理为在180℃处理6h；碳化处理为在2000℃处理14h，得到硬质碳纤维保温材料毛坯件，将硬质碳纤维保温材料毛坯件机械加工，得基体加工件；
配制预处理料：称取型号为CYDW-125的水性环氧树脂90kg、固化剂CYDHD-23219kg、沥青基短纤(长度为0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm的四种按重量比1:1:1:1混合得到)3kg、球状的石墨粉2.5kg、片状结构石墨烯2.5kg；将上述原料混合，在真空度为-1MPa下，3000r/min搅拌15min；
使用预处理料：将预处理料均匀涂刷至基体加工件表面，在140℃处理2h，然后使用电动打磨器将产品表面打磨平整；
配制涂层料：称取型号为EXP0371的酚醛树脂40kg、乙醇55kg、球状的石墨粉10kg、片状结构石墨烯5kg、沥青基短纤(长度为0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm的四种按重量比1:1:1:1混合得到)10kg、炭黑1kg、改性聚丙烯酸1kg；将上述原料混合，通过高速剪切乳化机在15000rpm下处理20min即得；
使用涂层料：将涂层料均匀涂刷在整平后的基体加工件表面，然后使用电动打磨器将产品表面打磨平整，在180℃处理4h后，在2200℃处理14h。
对比例1
以现有两次涂层工艺的硬质碳纤维保温材料为对比例1，具体制备方法如下：
基体制备：通过浸渍或喷淋环氧树脂胶黏剂对沥青基软毡(沥青基丝径为12μm，密度为0.125g/cm3)进行处理，然后缠绕至成型模具上，依次进行固化处理和碳化处理，固化处理为在160℃处理9h；碳化处理为在1600℃处理20h，得到硬质碳纤维保温材料毛坯件，将硬质碳纤维保温材料毛坯件机械加工，得基体加工件；
对加工件依次进行常规一次涂层、二次涂层；常规一次涂层和二次涂层后依次进行后固化处理和后碳化处理；
一次涂层包括以下重量的原料：酚醛树脂3.5kg、500目石墨粉1kg、1000目sic粉0.75kg、乙醇6kg，制备时将原料混合，在20000rpm的条件下搅拌30min；
一次涂层：将一次涂料均匀涂刷至基体加工件表面，在160℃处理6h，然后1600℃处理18h；
二次涂层包括以下重量的原料：酚醛树脂3kg、300目石墨粉0.8kg、500目sic粉0.75kg，1mm短纤维0.5kg、乙醇5kg、制备时将原料混合，在20000rpm的条件下搅拌30min；
二次涂层料：将二次涂层料均匀涂刷在整平后的基体加工件表面，然后使用电动打磨器将产品表面打磨平整，在160℃处理6h后，在1600℃处理20h。
实验例
涂层致密性检测：对实施例1和对比例1中使用的涂层进行涂层致密性检测，检测结果详见图1和图2，可以看出，两种工艺致密程度基本相似。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
基体制备：对碳纤维软毡进行处理，然后缠绕至成型模具上，依次进行固化处理和碳化处理，得到硬质碳纤维保温材料毛坯件，将硬质碳纤维保温材料毛坯件机械加工，得基体加工件；
配制预处理料；
使用预处理料：将预处理料均匀涂刷至基体加工件表面，进行固化处理，然后整平；
配制涂层料；
使用涂层料：将涂层料均匀涂刷在整平后的基体加工件表面，然后进行打磨，再进行后固化处理和后碳化处理。
2.根据权利要求1所述的沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，所述基体制备时，碳纤维软毡为沥青基软毡，沥青基软毡丝径为12-18μm，密度为0.125g/cm3，通过浸渍或喷淋胶黏剂进行处理。
3.根据权利要求2所述的沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，所述基体制备时，固化处理为在160-180℃处理6-9h；碳化处理为在1600-2000℃处理14-20h。
4.根据权利要求1所述的沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，所述预处理料包括如下重量份的原料：环氧树脂80-90份、固化剂8-9份、纤维1-3份、石墨填充料3-5份；制备时将原料混合，真空搅拌即得。
5.根据权利要求4所述的沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，所述环氧树脂为型号为CYDW-125的水性环氧树脂；所述固化剂型号为CYDHD-2321；所述纤维为沥青基短纤，长度为0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm中的一种或多种；所述石墨填充料为球状的石墨粉或片状结构石墨烯中的至少一种；所述真空搅拌是在真空度为-1MPa下，3000r/min搅拌10-15min。
6.根据权利要求1所述的沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，所述使用预处理料时，每1kg基体加工件涂覆预处理料的涂覆量为0.15-0.4kg，更优选为0.25kg；固化处理为在80-140℃处理2-5h。
7.根据权利要求1所述的沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，所述涂层料包括如下重量份的原料：酚醛树脂15-40份、溶剂35-55份、石墨填充料8-15份、纤维5-10份、悬浮剂0.5-1份、表面流平助剂0.5-1份；制备时将原料混合，通过高速剪切乳化机搅拌均匀即得。
8.根据权利要求7所述的沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，所述酚醛树脂型号为EXP0371；所述溶剂为乙醇；所述纤维为沥青基短纤，长度为0.5mm、0.8mm、1mm、1.5mm中的一种或多种；所述石墨填充料为球状的石墨粉或片状结构石墨烯中的至少一种；所述悬浮剂为炭黑；所述表面流平助剂为改性聚丙烯酸；高速剪切乳化机在8500-15000rpm下处理20-30min。
9.根据权利要求1所述的沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，所述后固化处理为在160-180℃处理4-6h。
10.根据权利要求1所述的沥青基硬质碳纤维保温材料一次涂层工艺烧结方法，其特征在于，所述后碳化处理为在1600-2200℃处理14-20h。
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