碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠及其定型方法與定型裝置的制造方法
【專利說明】碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠及其定型方法與定型裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于碳纖維發(fā)熱體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可調(diào)發(fā)射率的碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠及其定型方法與定型裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]紅外輻射加熱是目前工業(yè)和民用加熱領(lǐng)域最為廣泛應(yīng)用的加熱形式，輻射加熱設(shè)備中的主要加熱元件為具有高發(fā)射率的紅外輻射加熱體。目前根據(jù)加熱溫度要求的不同，輻射加熱可分為低溫、中溫和高溫三個(gè)等級(jí)，而高溫輻射和中溫輻射對(duì)于輻射加熱的受熱深度、均勻度均有較高要求。目前熱輻射加熱所用發(fā)熱體的材質(zhì)主要是金屬和陶瓷，其中陶瓷材質(zhì)由于自身的原子或分子振動(dòng)頻率與熱效應(yīng)波段較為吻合，因此該材質(zhì)具有較高的熱輻射特性，其紅外發(fā)射率較高。但是陶瓷發(fā)熱體的硬度和脆性較大，對(duì)各種異形加熱體加工難度較大。此外目前的輻射加熱均是通用性輻射熱源，即便是對(duì)于發(fā)射率較高的輻射發(fā)熱體，也不可能完全針對(duì)受熱對(duì)象的分子振動(dòng)光譜特定波段進(jìn)行匹配式加熱，因此熱效率或多或少存在偏差。
[0004]碳纖維是一種含碳量在93%以上的纖維狀碳材料，碳纖維本身的發(fā)射率可以達(dá)到0.9以上，接近絕對(duì)黑體，其電熱輻射轉(zhuǎn)換效率和熱輻射加熱效率都非常高。同時(shí)，碳纖維也是一種柔性材料，具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、高溫環(huán)境雜質(zhì)釋放量少等優(yōu)異特性，用碳纖維作為輻射發(fā)熱體進(jìn)行電熱輻射設(shè)備的制造，特別適合工業(yè)加熱、民用取暖、低溫烘烤設(shè)備等多個(gè)領(lǐng)域。
[0005]碳纖維發(fā)熱體具有較高的加熱效率，但是為了適應(yīng)特定波段匹配性加熱的高效目的，需要進(jìn)行碳纖維發(fā)熱體不同波段的分發(fā)射率的靈活性調(diào)節(jié)，目前可調(diào)發(fā)射率的碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠及其定型方法并未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)匹配式加熱的目的，首先進(jìn)行碳纖維發(fā)熱體專用的可調(diào)發(fā)射率的輻射定型膠黏劑的制備，之后采用該輻射定型膠進(jìn)行碳纖維編織結(jié)構(gòu)發(fā)熱體的氣體封閉式加壓涂覆處理。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠，由熱固定樹脂、定型滲透劑和復(fù)合納米填料組成，所述定型滲透劑的質(zhì)量占福射定型膠的10~20%，所述復(fù)合納米填料的質(zhì)量占所述福射定型膠的10~40%，所述復(fù)合納米填料由輻射納米填料和增韌納米填料組成，輻射納米填料與增韌納米填料的質(zhì)量比為5~3:1，所述福射納米填料為碳化娃、氮化硼、氧化鐵、二氧化猛、氧化鋅、石墨、氧化鋁等中的一種或多種組合。
[0008]所述熱固定樹脂為基體膠黏劑，為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、熱固性聚氨酯樹脂等中的一種或多種組合。特點(diǎn)是施膠時(shí)膠液易擴(kuò)散滲透、固化后粘結(jié)強(qiáng)度高、韌性好、耐蠕變性、耐熱性好等。
[0009]所述熱固性樹脂I父液的尚溫炭晶化處理后的殘?zhí)苛吭?0%(w/w)以上，可提尚定型后產(chǎn)品的剛度。
[0010]所述定型滲透劑為無水乙醇、硅油、丙酮等中的一種或多種組合，根據(jù)熱固定樹脂的特點(diǎn)，本發(fā)明采用的定型滲透劑，有非常好的附著力，該定型滲透劑通過有效滲透，與熱固性樹脂和復(fù)合納米填料發(fā)生作用，使得輻射定型膠具有一定的柔性和韌性，并且使輻射定型膠具有干燥快、滲透性強(qiáng)等特點(diǎn)。
[0011]所述復(fù)合填料中的納米輻射填料為含有不同發(fā)射率特性的納米粉末輻射填料。
[0012]所述增韌納米填料為耐高溫韌性高溫?zé)o機(jī)粉末，主要用作提高復(fù)合納米填料中輻射納米填料組分的力學(xué)韌性，其包括柔性石墨粉體、碳纖維晶須、氧化鋁晶須、碳化硅晶須等中的一種或兩種組合。
[0013]所述復(fù)合納米填料的粒徑為10~50nm之間，本發(fā)明采用合適的復(fù)合納米填料粒徑，粒徑太大會(huì)沉降，小了容易發(fā)生團(tuán)聚，使定型劑不均勻。
[0014]—種碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠的定型方法，具有編織結(jié)構(gòu)的碳纖維發(fā)熱體在所述輻射定型膠中浸漬，然后對(duì)浸漬后的編織碳纖維發(fā)熱體進(jìn)行氣體封閉式加壓處理后，干燥即得到定型后的可調(diào)發(fā)射率的碳纖維發(fā)熱體。
[0015]具有編織結(jié)構(gòu)的碳纖維是指:碳纖維長(zhǎng)絲進(jìn)行編織處理加工成繩狀或帶狀形式。
[0016]所述浸漬和加壓涂覆處理時(shí)間總共為l~5min，可得到性能和效果較好的輻射定型膠。
[0017]所述氣體封閉式加壓涂覆處理的氣體壓力是l~3MPa，氣體采用惰性氣體，為氮?dú)狻鍤?、氦氣等中的一種或多種，所述條件的設(shè)置可得到性能和效果較好的輻射定型膠。
[0018]所述干燥溫度為50~80°C，干燥時(shí)間為l~5min，所述干燥條件的設(shè)置可得到性能和效果較好的輻射定型膠。
[0019]為了更好的實(shí)施本發(fā)明所述的定型方法，本發(fā)明提供了一種有利于實(shí)施本發(fā)明所述碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠的定型裝置。
[0020]一種碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠的定型裝置，包括按順序依次設(shè)置的浸漬裝置、封閉式加壓裝置和快速烘干裝置，所述封閉式加壓裝置上設(shè)有加壓進(jìn)氣口，兩端設(shè)有密封結(jié)構(gòu)，所述密封結(jié)構(gòu)為迷宮式氣封結(jié)構(gòu)，保證腔體與外界空氣隔絕，實(shí)現(xiàn)封閉氣體加壓。
[0021]所述浸漬裝置設(shè)有三根傳動(dòng)輥，其中一根設(shè)置在浸漬裝置內(nèi)，另外兩根設(shè)置在浸漬裝置的上方，保證碳纖維發(fā)熱體不斷向封閉式加壓裝置移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工序的不間斷進(jìn)行。
[0022]所述封閉式加壓裝置與快速烘干裝置之間設(shè)置一組擠壓輥，保證封閉式加壓裝置中的碳纖維發(fā)熱體向快速烘干裝置的順利傳送。
[0023]所述浸漬裝置和快速烘干裝置的基本結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。
[0024]在上述裝置中，碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠定型方法的具體步驟如下:
(1)具有編織結(jié)構(gòu)的碳纖維發(fā)熱體浸漬在裝有碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠的浸漬裝置中；
(2)浸漬之后碳纖維發(fā)熱體到達(dá)封閉式加壓裝置中進(jìn)行氣體封閉式加壓處理； (3)浸漬氣體加壓之后的碳纖維發(fā)熱體進(jìn)入快速烘干裝置進(jìn)行干燥，得到采用輻射定型膠定型后的可調(diào)發(fā)射率的碳纖維發(fā)熱體。
[0025]所述浸漬和加壓涂覆處理時(shí)間總共為l~5min。
[0026]步驟(2)中，所述氣體封閉式加壓涂覆處理的氣體壓力是l~3MPa，氣體采用惰性氣體，為氮?dú)?、氬氣、氦氣等中的一種或多種。
[0027]步驟(3)中，所述干燥溫度為50~80°C，干燥時(shí)間為l~5min。
[0028]通過上述定型方法得到的碳纖維發(fā)熱體含有的輻射定型膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~40%。
[0029]所述輻射定型膠對(duì)具有纖維編織結(jié)構(gòu)的碳纖維發(fā)熱體的涂覆定型處理，采用所述定型裝置進(jìn)行氣體封閉式加壓涂覆處理，該定型裝置可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化涂覆，生產(chǎn)效率較高，浸漬輻射定型膠的編織碳纖維發(fā)熱體進(jìn)入氣體封閉式加壓裝置，該裝置兩側(cè)端部通過迷宮式氣封結(jié)構(gòu)保證腔體與外界空氣隔絕，腔內(nèi)采用惰性氣氛加壓，以實(shí)現(xiàn)輻射定型膠可快速滲入具有編織結(jié)構(gòu)的碳纖維發(fā)熱體內(nèi)部。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明制備的一種可調(diào)發(fā)射率的納米填料改性輻射定型膠粘劑，通過在碳纖維發(fā)熱體表面進(jìn)行氣體封閉式加壓涂覆技術(shù)，有效在碳纖維發(fā)熱體的編織結(jié)構(gòu)的內(nèi)部及表面均勻的浸漬并形成可調(diào)發(fā)射率的輻射基體，形成碳纖維復(fù)合材料輻射發(fā)熱體，有效達(dá)到針對(duì)不同受熱對(duì)象調(diào)節(jié)分波段發(fā)射率和總發(fā)射率的目的，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)特定波段匹配性加熱的高效目的。
[0031](2)本發(fā)明所制備的輻射定型膠可針對(duì)不同的碳纖維編織結(jié)構(gòu)進(jìn)行其流動(dòng)性和滲透性靈活調(diào)整，以保證碳纖維發(fā)熱體的芯部和表面均可快速浸漬均勻定型膠。
[0032](3)本發(fā)明制備的輻射定型膠中包含發(fā)熱體定型滲透劑、納米輻射填料、發(fā)熱體定型納米增韌填料，納米填料改性后的輻射定型膠具有滲透性強(qiáng)、涂覆速度快、涂覆均勻度高、發(fā)射率調(diào)節(jié)范圍廣的優(yōu)異特性，法向總發(fā)射率可實(shí)現(xiàn)在0.6-0.99之間調(diào)節(jié)，法向分波段發(fā)射率可實(shí)現(xiàn)在2-25微米波段內(nèi)從0.5-0.98之間任意調(diào)節(jié)。
[0033](4)本發(fā)明采用氣體封閉式加壓涂覆處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)輻射定型膠對(duì)碳纖維編織發(fā)熱體的均勻快速涂覆，惰性氣體的加壓封閉腔可保證定型膠對(duì)碳纖維發(fā)熱體的快速滲透，所制備的碳纖維輻射發(fā)熱體具有柔性和一定韌性，可保證后續(xù)的高溫炭晶化處理過程順利進(jìn)行。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明中的可調(diào)發(fā)射率的碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠的定型裝置。
[0035]其中，1、浸漬裝置，2、封閉式加壓裝置，3、快速烘干裝置，4、傳動(dòng)輥，5、迷宮氣封，6、加壓進(jìn)氣口，7、擠壓輥、8、碳纖維發(fā)熱體，9、輻射定型膠。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0037]實(shí)施例1
如圖1所示，一種碳纖維發(fā)熱體用輻射定型膠的定型裝置，包括按順序依次設(shè)置的浸漬裝置1、封