硬质碳纤维整体毡的制备工艺及性能研究

摘要

硬质碳纤维整体毡是一种新型的高温隔热保温材料，广泛应用于国防、冶金、化工等行业。尤其是随着晶硅产业的高速发展，作为高温炉热场隔热材料，优质硬质碳纤维整体毡的需求更是达到了前所未有的高度，硬质碳纤维整体毡的研究日益加强。众所周知，硬质碳纤维整体毡自身性能的优劣不仅关系到其使用寿命，更关系到高温炉产品的品质。因此，如何获得优质性能的硬质碳纤维整体毡已经成为国内外各大碳纤维毡生产厂家共同的挑战。
　　目前，国内外硬质碳纤维整体毡的制备方法主要有三种:1、层层粘结压合成型法;2、真空抽滤成型法;3、整体针刺成型法。传统的硬质碳纤维整体毡绝大多数是通过层层粘接压合成型法制成的，但是毡体密度不均匀、整体性差、热场不稳定;真空抽滤成型法制备的硬质碳纤维整体毡存在粉化现象，应用范围受到约束;整体针刺成型法是一种新型的制备硬质碳纤维整体毡的方法，其产品性能优异、整体性好，能够有效地改善传统硬质碳纤维整体毡的缺点，发展前景非常广阔。
　　本文主要介绍整体针刺成型法制备硬质碳纤维整体毡的工艺过程，并深入研究针刺工艺、浸渍液浓度、碳化石墨化工艺等因素对硬质碳纤维整体毡密度和硬度的影响，并通过扫描电镜观察毡体的微观形貌特征，探究酚醛树脂在毡体内部的分布情况。通过实验测量，评价不同成型工艺制备的硬质碳纤维整体毡的性能，并详细探讨产生差异的原因。
　　结果显示:针刺密度和针刺深度均能影响预制体的密度，从而影响硬质碳纤维整体毡的最终密度;浸渍液浓度决定了软性碳纤维整体毡吸入热固性酚醛树脂的质量，提高碳纤维毡体的质量，从而造成其最终密度存在差异;碳化石墨化温度影响了碳纤维整体毡中杂质的去除程度，是影响硬质碳纤维整体毡最终密度、硬度、碳含量和灰分的重要因素。
　　经对比评价分析，造成三种不同成型方法制备的硬质碳纤维整体毡性能差异的主要原因是成型方式、辅助材料的加入和后期处理工艺。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 立题背景

1．2 隔热保温材料

1．2．1 隔热保温材料概述

1．2．2 隔热保温材料的分类

1．2．3 隔热保温材料的发展趋势

1．2．4 碳质隔热保温材料的研究和发展

1．3 碳纤维增强基复合材料

1．3．1 碳纤维增强基复合材料概述

1．3．2 碳纤维增强基复合材料的性能特点

1．3．3 碳纤维增强基复合材料的制备工艺

1．3．4 碳纤维增强基复合材料的应用

1．4 硬质碳纤维整体毡的制备

1．4．1 层层粘接压合法

1．4．2 真空抽滤成型法

1．4．3 整体针刺成型法

1．5 本文研究的目的及主要内容

2 整体针刺成型法制备硬质碳纤维整体毡

2．1 概述

2．2 样品制备过程

2．2．1 预制体的制备及针刺工艺对其密度的影响

2．2．2 预制体的碳化及碳化工艺对其密度的影响

2．2．3 浸渍固化工艺及其对碳纤维毡性能的影响

2．2．4 碳化石墨化工艺

2．3 本章小结

3 硬质碳纤维整体毡的性能评价

3．1 密度的测量

3．2 碳含量的测量

3．3 灰分测量

3．4 力学性能测量

3．4．1 硬度测试

3．4．2 三点弯曲试验

3．4．3 压缩试验

3．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢