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一种 碳/碳复合平板

阅读：242发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种碳/碳复合平板专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种碳 /碳复合平板，包括：复合无纬布层；复合于所述复合无纬布层上的树脂薄膜层；复合于所述树脂薄膜层上的碳纤维网胎层。本实用新型通过无纬布和网胎交替铺层成为平板预制体，而后再复合树脂膜，再与碳纤维网胎复合得到碳/碳复合平板。本实用新型制备得到的碳/碳复合平板可以放置碳/碳复合平板的过快腐蚀同时耐高温性能好。，下面是一种碳/碳复合平板专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种碳/碳复合平板，其特征在于，包括：
复合无纬布层；所述复合无纬布层包括无纬布和与所述无纬布针刺复合的碳纤维网胎；所述无纬布和碳纤维网胎的铺层方式为无纬布和碳纤维网胎进行0°/90°交替对称铺层；
复合于所述复合无纬布层上的树脂薄膜层；
复合于所述树脂薄膜层上的碳纤维网胎层。
2.根据权利要求1所述的碳/碳复合平板，其特征在于，所述碳纤维网胎为50g/m2～80g/
2
m。
3.根据权利要求1所述的碳/碳复合平板，其特征在于，所述无纬布包括碳纤维网胎和与所述碳纤维网胎复合的碳纤维长丝；所述无纬布为290g/m2～310g/m2。
4.根据权利要求2所述的碳/碳复合平板，其特征在于，所述无纬布的层数为7～30层。
2
5.根据权利要求1所述的碳/碳复合平板，其特征在于，所述针刺密度为20～30针/cm ；
所述针刺深度为8～12mm。
6.根据权利要求1所述的碳/碳复合平板，其特征在于，所述树脂薄膜为环氧树脂薄膜、离子型树脂薄膜、PI膜和石墨纸薄膜中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的碳/碳复合平板，其特征在于，所述复合无纬布层的厚度为13～15mm。
8.根据权利要求1所述的碳/碳复合平板，其特征在于，所述树脂薄膜层的厚度为0.05～0.1mm。

说明书全文

一种碳/碳复合平板

技术领域

[0001] 本实用新型涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种碳/碳复合平板。

背景技术

[0002] 近年来，碳/碳复合材料由于具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，被认为是最有发展前途的高温材料之一。碳碳板材多用于加工成多晶铸锭炉里的碳碳保温盖板和碳碳保温顶板。但是，市场上采用碳/碳复合材料制成的碳/碳复合平板，很难抵抗高温热场里气体长期的冲刷和腐蚀，大大缩短了其使用寿命。延长碳/碳复合平板制品的使用寿命成为本领域技术人员亟待解决的问题。

[0003] 目前用于多晶铸锭炉碳/碳保温盖板和碳/碳保温顶板种类繁多，其预制体结构、规格尺寸各不相同。现有的碳碳板材预制体，通常仅由碳纤维布复合得到；或者包括两层碳纤维布层和一层碳纤维网胎，碳纤维网胎位于碳纤维布层之间，这样的复合纤维针刺预制体，然后通过浸润树脂、热压固化、碳化-高温处理制备成碳碳板材。但是现有的上述碳碳板材存在抗冲击强度较低，保温效果不佳的技术问题。同时热场里面的高温气体不断冲刷板材，与板材反应导致板材腐蚀变形。实用新型内容

[0004] 有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种碳/碳复合平板，本实用新型提供的碳/碳复合平板力学性能、耐腐蚀并且耐高温性能好。

[0005] 本实用新型提供了一种碳/碳复合平板，包括：

[0006] 复合无纬布层；

[0007] 复合于所述无纬布层上的树脂薄膜层；

[0008] 复合于所述树脂薄膜层上的碳纤维网胎层。

[0009] 优选的，所述复合无纬布层包括无纬布和与所述无纬布针刺复合的碳纤维网胎。

[0010] 优选的，所述碳纤维网胎为50g/m2～80g/m2。

[0011] 优选的，所述无纬布包括碳纤维网胎和与所述碳纤维网胎复合的碳纤维长丝；所述无纬布为290g/m2～310g/m2。

[0012] 优选的，所述无纬布的层数为7～30层。

[0013] 优选的，所述无纬布和碳纤维网胎的铺层方式为无纬布和碳纤维网胎进行0°/90°交替对称铺层。

[0014] 优选的，所述针刺密度为20～30针/cm2；所述针刺深度为8～12mm。

[0015] 优选的，所述树脂薄膜为环氧树脂薄膜、离子型树脂薄膜、PI膜和石墨纸薄膜中的一种或几种。

[0016] 优选的，所述复合无纬布层的厚度为13～15mm。

[0017] 优选的，所述树脂薄膜层的厚度为0.05～0.1mm。

[0018] 与现有技术相比，本实用新型提供了一种碳/碳复合平板，包括：复合无纬布层；复合于所述复合无纬布层上的树脂薄膜层；复合于所述树脂薄膜层上的碳纤维网胎层。本实用新型通过无纬布和网胎交替铺层成为平板预制体，而后再复合树脂膜，再与碳纤维网胎复合得到碳/碳复合平板。本实用新型制备得到的碳/碳复合平板不仅力学性能好，可以放置碳/碳复合平板的过快腐蚀同时耐高温性能好。附图说明

[0019] 图1为本实用新型其中一个实施例所述的碳/碳复合平板的结构示意图。

具体实施方式

[0020] 为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

[0021] 本实用新型提供了一种碳/碳复合平板，包括：

[0022] 复合无纬布层；

[0023] 复合于所述复合无纬布层上的树脂薄膜层；

[0024] 复合于所述树脂薄膜层上的碳纤维网胎层。

[0025] 本实用新型提供的碳/碳复合平板，包括复合无纬布层。

[0026] 按照本实用新型，所述复合无纬布层包括无纬布和与所述无纬布针刺复合的碳纤维网胎。

[0027] 本实用新型对于所述无纬布不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。优选包括碳纤维网胎和与所述碳纤维网胎复合的碳纤维长丝。

[0028] 本实用新型对于所述碳纤维网胎不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。优选由碳纤维长丝制备得到；更优选由碳纤维长丝短切后，梳理成网，制备得到碳纤维网胎。

[0029] 本实用新型碳纤维网胎的克重优选为50g/m2～80g/m2；更优选为 55g/m2～75g/m2。

[0030] 本实用新型对于所述碳纤维长丝不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。

[0031] 本实用新型所述碳纤维长丝的长度与预计制备的碳碳板材长度匹配即可。优选为1000mm～1500mm。

[0032] 碳纤维网胎与碳纤维长丝复合得到单向无纬布；所述单向无纬布的克重优选为290g/m2～310g/m2。

[0033] 单向无纬布与碳纤维网胎针刺复合得到复合无纬布层；所述无纬布和碳纤维网胎的铺层方式优选为无纬布和碳纤维网胎进行0°/90°交替对称铺层。

[0034] 本实用新型对于所述针刺不进行限定，本领域技术人员熟知的针刺即可。

[0035] 按照本实用新型，所述针刺密度优选为20～30针/cm2；所述针刺深度优选为8～12mm。

[0036] 本实用新型根据所需碳/碳复合平板的厚度，计算平板预制体的厚度和无纬布的层数，每铺一层无纬布针刺一遍。第一层无纬布的网胎面朝下再铺一层网胎针刺1～2遍，剩下的单向无纬布铺层时单向无纬布的网胎面朝上，进行针刺，直至预设的单向无纬布层数针刺完，

[0037] 按照本实用新型，所述无纬布的层数优选为7～30层；更优选为 7～20层。

[0038] 按照本实用新型，所述复合无纬布层的厚度优选为13～15mm。

[0039] 本实用新型提供的碳/碳复合平板包括复合于所述复合无纬布层上的树脂薄膜层。

[0040] 本实用新型所述树脂薄膜优选为环氧树脂薄膜、离子型树脂薄膜、PI膜和石墨纸薄膜中的一种或几种。

[0041] 上述树脂薄膜具有抗氧化和耐腐蚀的性能，与上述复合无纬布层与网胎层复合得到耐腐蚀和抗氧化性能好的碳/碳复合平板。

[0042] 上述复合具体为将树脂薄膜层铺在所述复合无纬布层上。

[0043] 本实用新型提供的碳/碳复合平板包括复合于所述树脂薄膜层上的碳纤维网胎层。

[0044] 将所述碳纤维网胎层复合于所述树脂薄膜层上，而后针刺得到预制体。

[0045] 所述针刺优选为针刺1～2遍；所述碳纤维网胎的层数为1～2层。

[0046] 按照本实用新型，所述碳纤维网胎层的厚度优选为0.05～0.1mm。

[0047] 所述碳纤维网胎层的克重优选为30-80g/㎡。

[0048] 得到预制体的厚度优选为5～30mm；更优选为13～15mm。

[0049] 本实用新型提供了一种碳/碳复合平板，包括：复合无纬布层；复合于所述复合无纬布层上的树脂薄膜层；复合于所述树脂薄膜层上的碳纤维网胎层。本实用新型通过无纬布和网胎交替铺层成为平板预制体，而后再复合树脂膜，再与碳纤维网胎复合得到碳/碳复合平板。本实用新型制备得到的碳/碳复合平板可以放置碳/碳复合平板的过快腐蚀同时耐高温性能好。

[0050] 本实用新型还提供了一种碳/碳复合平板的制备方法，包括：

[0051] 将复合无纬布层与树脂薄膜层复合，得到复合层；

[0052] 在所述复合层上再针刺复合碳纤维网胎层，再热压、碳化得到碳 /碳复合平板。

[0053] 本实用新型提供的碳/碳复合平板的制备方法首先将复合无纬布层与树脂薄膜层复合，得到复合层。

[0054] 本实用新型对于所述复合无纬布层以及树脂薄膜层的具体组成上述已经有清楚的描述，在此不再赘述。

[0055] 具体为，将碳纤维网胎与碳纤维长丝针刺复合得到单向无纬布；将单向无纬布与碳纤维网胎针刺复合得到复合无纬布层。

[0056] 再将树脂薄膜层铺在所述复合无纬布层上，得到复合层；再将碳纤维网胎层针刺复合于所述复合层上，得到预制体。

[0057] 得到预制体后，将溶液浸润预制体后，再将预制体热压、碳化得到碳/碳复合平板。

[0058] 按照本实用新型，所述浸润的溶液包括热固性酚醛树脂和酒精。

[0059] 所述浸润的溶液的量为预制体重量的1～3倍；优选为1.5～3倍。

[0060] 所述浸润的方式为喷涂或涂刷的方式。

[0061] 浸润完毕后优选对所述预制体晾晒或烘干。

[0062] 而后热压固化，所述热压的参数优选为：热压的温度优选为 90～170℃；所述热压的升温速度优选为50～100℃/h；所述压力优选为 2～6Mpa；所述热压的参数更优选为：95℃预烘45～60min，105℃分段加压至5MPa、时间36～50min，120℃保温4～6h。

[0063] 热压后为碳化，所述碳化的升温速度优选为5～50℃/h；更优选为 30～50℃/h；所述碳化的温度优选为1000℃～1100℃。

[0064] 此时预制件的密度优选为1.4g/cm3以上。

[0065] 碳化后为高温变形处理，所述高温的温度为1500～2000℃；更优选为1800～2000℃。所述碳化的升温速度优选为50～300℃/h；更优选为60～250℃/h。

[0066] 最终得到碳/碳复合平板的厚度优选为6.5～7.5mm。

[0067] 本实用新型其中一个实施例所述的碳/碳复合平板的结构如图1 所示，图1为本实用新型其中一个实施例所述的碳/碳复合平板的结构示意图；其中，1为碳纤维网胎层；2为树脂薄膜层；3为复合无纬布层。

[0068] 为了进一步说明本实用新型，以下结合实施例对本实用新型提供的碳/碳复合平板进行详细描述。

[0069] 实施例1

[0070] 将碳纤维长丝经短切、梳理织造成50g/m2的碳纤维网胎备用，将碳纤维网胎与碳2
纤维长丝复合成290g/m的单向无纬布备用。根据板材预制体的尺寸(1340-1340mm)裁切单向无纬布和碳纤维网胎进行 0°/90°交替对称铺层针刺，预设针刺深度8mm，针刺深度针刺密度20 针/cm2。第一层无纬布的网胎面朝下再铺一层网胎针刺1～2遍，剩下的单向无纬布铺层时单向无纬布的网胎面朝上，进行针刺，直至预设的单向无纬布层数针刺完，接着依次铺一层树脂薄膜、1层碳纤维网胎进行针刺，制备出的板材预制体厚度13mm～15mm。用热固性酚醛树脂与酒精混合液浸润预制体(浸胶量为预制体重量的2倍)、晾晒、热压固化(95℃预烘45～60min,105℃分段加压至5MPa、时间36～50min， 120℃保温4～6h)、炭化(1000℃，
30℃/h)、高温处理(1800℃、 60℃/h)，得到6.5～7.5mm厚表面平整、刚性强的碳碳板材。

[0071] 对本实用新型实施例1制备得到的碳碳板材进行力学性能测试、耐高温腐蚀性能测试，结果表明：弯曲强度为150MPa，层间剪切强度 20MPa，在多晶铸锭炉内连续使用(装量重量为860KG)可以使用约 120炉而不发生腐蚀开裂和严重变形。

[0072] 实施例2

[0073] 将碳纤维长丝经短切、梳理织造成70g/m2的碳纤维网胎备用，将碳纤维网胎与碳纤维长丝复合成300g/m2的单向无纬布备用。根据板材预制体的尺寸(1340-1340mm)裁切单向无纬布和碳纤维网胎进行 0°/90°交替对称铺层针刺，预设针刺深度10mm，针刺深度针刺密度25 针/cm2。第一层无纬布的网胎面朝下再铺一层网胎针刺1～2遍，剩下的单向无纬布铺层时单向无纬布的网胎面朝上，进行针刺，直至预设的单向无纬布层数针刺完，接着依次铺一层树脂薄膜、2层碳纤维网胎进行针刺，制备出的板材预制体厚度13mm～15mm。用热固性酚醛树脂与酒精混合液浸润预制体(浸胶量为预制体重量的1.5倍)、晾晒、热压固化(95℃预烘45～60min,105℃分段加压至5MPa、时间36～ 50min，120℃保温4～6h)、炭化(1000℃，30℃/h)、高温处理(1800℃、 60℃/h)，得到6.5～7.5mm厚表面平整、刚性强的碳碳板材。

[0074] 对本实用新型实施例2制备得到的碳碳板材进行力学性能测试、耐高温腐蚀性能测试，结果表明：弯曲强度为165MPa，层间剪切强度 21MPa，在多晶铸锭炉内连续使用(装量重量为860KG)可以使用约 130炉而不发生腐蚀开裂和严重变形。

[0075] 实施例3

[0076] 将碳纤维长丝经短切、梳理织造成80g/m2的碳纤维网胎备用，将碳纤维网胎与碳纤维长丝复合成310g/m2的单向无纬布备用。根据板材预制体的尺寸(1340-1340mm)裁切单向无纬布和碳纤维网胎进行 0°/90°交替对称铺层针刺，预设针刺深度12mm，针刺深度针刺密度30 针/cm2。第一层无纬布的网胎面朝下再铺一层网胎针刺1～2遍，剩下的单向无纬布铺层时单向无纬布的网胎面朝上，进行针刺，直至预设的单向无纬布层数针刺完，接着依次铺一层树脂薄膜、1层碳纤维网胎进行针刺，制备出的板材预制体厚度13mm～15mm。用热固性酚醛树脂与酒精混合液浸润预制体(浸胶量为预制体重量的3倍)、晾晒、热压固化(95℃预烘45～60min,105℃分段加压至5MPa、时间36～50min， 120℃保温4～6h)、炭化(1000℃，30℃/h)、高温处理(1800℃、 60℃/h)，得到6.5～7.5mm厚表面平整、刚性强的碳碳板材。

[0077] 对本实用新型实施例3制备得到的碳碳板材进行力学性能测试、耐高温腐蚀性能测试，结果表明：弯曲强度为168MPa，层间剪切强度 20MPa，在多晶铸锭炉内连续使用(装量重量为860KG)可以使用约 135炉而不发生腐蚀开裂和严重变形。

[0078] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

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