一種用於製造複合碳纖維保溫板的抽真空成型裝置的製作方法

2023-12-04 08:07:56

本實用新型涉及真空成型技術領域，尤其涉及一種用於製造複合碳纖維保溫板的抽真空成型裝置。

背景技術：

隨著科學技術的進步，軍事、國防、太陽能、半導體、熱處理等領域都在快速發展，這些領域的發展都涉及保溫材料的使用；尤其近幾年太陽能、半導體的飛速發展，對保溫材料的需求顯得更加突出，而且對保溫材料的要求越來越高，不僅要求節能降耗，並且要求抗氧化性能高，這些要求也不斷促進著保溫材料領域的快速發展。

曾經在國內高溫真空爐上普遍使用的碳纖維保溫材料為軟碳氈(針刺氈)，軟碳氈作為隔熱保溫材料使用時存在強度低、易變形、易粉化、隔熱效果差及拆卸、安裝費時費力等缺點。新開發的碳纖維硬氈隔熱保溫材料可以克服軟碳氈的上述缺點，因此作為晶體爐、陶瓷燒結爐、氣相沉積爐等高溫爐用隔熱保溫材料得到日益廣泛地使用。

目前，國內使用的碳纖維硬氈主要採用PAN基軟碳氈浸漬模壓的成型工藝。浸漬模壓工藝製作碳纖維硬氈存在能耗高，碳纖維硬氈層間強度低、易開裂，壽命低，粘結劑含量高，抗氧化性能差等缺點。為此，我們研發了採用真空抽吸成型製造高性能複合碳纖維保溫板的方法，並為此製作了專用的抽真空成型裝置。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種用於製造高性能複合碳纖維保溫板的抽真空成型裝置，能夠實現碳纖維保溫板的一次抽吸成型，並且產品形狀及尺寸可控，後期加工量少，材料利用率高。

為了達到上述目的，本實用新型採用以下技術方案實現：

一種用於製造複合碳纖維保溫板的抽真空成型裝置，包括成型池、成型模具、成型小車、真空罐和水環真空泵；所述成型池固定在成型小車上並可隨之移動，成型模具浸在成型池中盛裝的碳纖維混合漿料中；成型模具由平行設置在成型模具本體內的上模具、下模具以及抽吸管組成，上模具和下模具均為平板結構，上、下模具的周邊分別與成型模具本 體的圍板貼合在一起形成真空成型室，且真空成型室的大小及形狀與複合碳纖維保溫板相配合；成型模具本體底部設置抽吸管，抽吸管的一端通過軟管可拆卸地連接真空罐，真空罐另外連接水環真空泵。

所述下模具由篩板製成，其上表面固定有篩網，篩網的孔徑為30～200μm；上模具為網格狀結構，網格孔的單邊或徑向尺寸為30～100mm。

所述成型模具以上、下模具均呈水平狀態放置在成型池內，成型池底部具有與成型模具本體底部相配合的錐形結構。

所述抽吸管與軟管之間通過快速接頭連接。

所述上模具的網格孔形狀為圓形、規則多邊形或不規則多邊形中的一種。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

採用上、下模具配合，經真空抽吸可以一次定型產品的形狀及尺寸，成品只需稍經加工即可得到定尺產品，材料利用率可以達到90％以上；而採用常規模具成型的產品尺寸不能精確控制，表面加工量大，產品利用率最多能達到75～80％；因此本實用新型大大提高了材料的利用率，減少了廢料的產生，從而大幅度降低了生產成本。

附圖說明

圖1是本實用新型所述用於製造複合碳纖維保溫板的抽真空成型裝置的結構示意圖。

圖2是本實用新型所述成型模具的結構示意圖。

圖3是本實用新型所述上模具的結構示意圖(以菱形網格孔為例)。

圖4是採用本實用新型製造的複合碳纖維保溫板的結構示意圖(以矩形橫截面為例)。

圖中：1.成型池 2.成型模具 21.上模具 22.下模具 23.圍板 24.抽吸管 3.成型小車 4.軟管 5.真空罐 6.水環真空泵 7.複合碳纖維保溫板

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步說明：

如圖1所示，本實用新型所述一種用於製造複合碳纖維保溫板的抽真空成型裝置，包括成型池1、成型模具2、成型小車3、真空罐5和水環真空泵6；所述成型池1固定在成型小車3上並可隨之移動，成型模具2浸在成型池1中盛裝的碳纖維混合漿料中；如圖2所示，成型模具2由平行設置在成型模具本體內的上模具21、下模具22以及抽吸管24組成，上模具21和下模具22均為平板結構，上、下模具21、22的周邊分別與成型模具本體的圍板23貼合在一起形成真空成型室，且真空成型室的大小及形狀與複合碳纖維保 溫板相配合；成型模具本體底部設置抽吸管24，抽吸管24的一端通過軟管4可拆卸地連接真空罐5，真空罐5另外連接水環真空泵6。

所述下模具22由篩板製成，其上表面固定有篩網，篩網的孔徑為30～200μm；上模具21為網格狀結構，網格孔的單邊或徑向尺寸為30～100mm(如圖3所示)。

所述成型模具以上、下模具21、22均呈水平狀態放置在成型池1內，成型池1底部具有與成型模具本體底部相配合的錐形結構。

所述抽吸管24與軟管4之間通過快速接頭連接。

所述上模具21的網格孔形狀為圓形、規則多邊形或不規則多邊形中的一種。

採用本實用新型所述一種用於製造複合碳纖維保溫板的抽真空成型裝置製造複合碳纖維保溫板的過程如下：

1)製備短切碳纖維；將碳纖維短切，得到平均長度為1～80mm的短切碳纖維；

2)製備磨碎碳纖維；將碳纖維磨碎，得到平均長度為100～800μm的磨碎碳纖維；

3)將短切碳纖維與磨碎碳纖維按照10～90﹕90～10的重量份比例，採用旋風分離器充分混合均勻，得到混合碳纖維；

4)將混合碳纖維與有機粘結劑、溶劑按100﹕20～230﹕3～920的重量份比例混合，得到碳纖維混合液；將碳纖維混合液放入網袋中，經網孔孔徑為1～50μm的網袋初濾後，再採用50～60℃的熱空氣向網袋內直吹10～30min，使碳纖維混合液中的溶劑完全揮發，得到表面包覆有機粘結劑的複合碳纖維；

5)將表面包覆有機粘結劑的複合碳纖維與水、分散劑按照0.3～6﹕100﹕0.1～2的重量份比例充分混合，形成均勻的碳纖維混合漿料；

6)將碳纖維混合漿料採用真空抽吸成型；將成型池1通過成型小車3運送到真空罐5附近，真空抽吸所用的成型模具2通過吊具浸入成型池1中，抽吸管24通過軟管4連接真空罐5和水環真空泵6，在抽吸管24的作用下，碳纖維混合漿料在真空成型室內按規律排列成型，製成複合碳纖維保溫板預製品；

7)將複合碳纖維保溫板預製品連同成型模具2一起從成型池1中取出，採用100～240℃的熱蒸汽或熱空氣加熱2～5小時，使複合碳纖維保溫板預製品脫水並完成不熔化、不溶化處理；

8)經脫水及不熔化、不溶化處理後的複合碳纖維保溫板預製品脫模，然後放入真空 爐中或在惰性氣氛下碳化，碳化溫度為800～1800℃；也可根據使用要求進行石墨化處理，石墨化溫度為1800～2500℃；經碳化或石墨化處理後即得到高性能的複合碳纖維保溫板7(如圖4所示)；

9)所製得的複合碳纖維保溫板7的密度為0.1～0.35g/cm3，導熱係數小於0.35W/m·K。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，根據本實用新型的技術方案及其構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。