碳纤维保温毡增强膜层及包含其的碳纤维保温毡的制作方法

本发明涉及隔热保温材料，尤其是涉及一种碳纤维保温毡增强膜层及包含其的碳纤维保温毡。

背景技术：

1、在现有的各种材质的隔热材料中，碳纤维保温毡因其具有高强度、高模量、高尺寸稳定性、密度低、热膨胀系数小、抗热冲击、耐烧蚀、抗氧化性好等一系列优点，已成为当今重点发展的隔热保温材料。例如：现有技术如公开号cn114645376a公开了一种低密度碳纤维硬质保温毡的制备方法，该保温毡具有低密度以及具有优良保温性能、抗热震性能与热稳定性。

2、然而，在实际使用过程中，碳纤维保温毡往往需要在压力大于30mpa的高压环境（高压高温炉）中使用，但在压力超过30mpa的热场环境中普通的碳纤维保温毡会因高压力而被挤压变形，进而导致强度变低，无法起到保温隔热的效果。

3、因此，针对现有碳纤维保温毡在高压环境中无法使用的问题，研究开发出一种导热低，表面强度高，能在高压的热场环境中使用，且不需要对碳纤维丝进行改性的碳纤维保温毡，变得十分必要和迫切。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种碳纤维保温毡增强膜层，该碳纤维保温毡增强膜层具有导热低，表面强度高，能在高压的热场环境中使用的技术优势，有效缓解了现有碳纤维保温毡在高压环境中无法使用的问题。

2、本发明的第二目的在于提供一种碳纤维保温毡，所述碳纤维保温毡具有上述碳纤维保温毡增强膜层。

3、本发明的第三目的在于提供一种碳纤维保温毡的制备方法。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明提供的一种碳纤维保温毡增强膜层，所述碳纤维保温毡增强膜层主要由碳纤维丝和增强溶液制备得到；

6、所述碳纤维丝为沥青基碳纤维丝；

7、所述增强溶液包括：强度增强材料、热稳定性材料、固化剂、分散剂和溶剂；

8、其中，所述强度增强材料包括二氧化硅、氧化铝和氮化硅中的至少一种；所述热稳定性材料包括氧化锆、立方氮化硼中的至少一种。

9、进一步的，所述固化剂为粉末酚醛树脂；

10、进一步的，所述分散剂为甲基纤维素或聚乙烯醇；

11、进一步的，所述溶剂为纯水。

12、进一步的，所述增强溶液还包括：碳纳米管、3-甲基丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷或聚碳酸酯。

13、进一步的，所述增强溶液按质量百分数计，包括：

14、强度增强材料10~45%、热稳定性材料5~15%、固化剂10~30%、分散剂1~5%、碳纳米管0~8%、3-甲基丙烯酸基丙基三甲氧基硅烷0~4%、聚碳酸酯0~15%和溶剂10~55%；

15、所述增强溶液中各组分的质量百分数之和为100%。

16、更进一步的，所述增强溶液按质量百分数计，包括：

17、二氧化硅20~40%，氧化锆5~15%，碳纳米管2~8%，粉末酚醛树脂15~30%，甲基纤维素1~4%，10~55%纯水；所述增强溶液中各组分的质量百分数之和为100%；

18、优选地，所述增强溶液按质量百分数计，包括：

19、二氧化硅30%、氧化锆10%、碳纳米管5%、粉末酚醛树脂25%、甲基纤维素2.5%和纯水27.5%。

20、进一步的，所述碳纤维丝为短切为25mm长度的沥青基碳纤维丝。

21、进一步的，所述碳纤维保温毡增强膜层中碳纤维丝和增强溶液的质量比为1：4~8，优选为1：6。

22、本发明提供的一种碳纤维保温毡，所述碳纤维保温毡包括：保温毡基材以及附载于保温毡基材上的增强膜层；

23、所述增强膜层为上述碳纤维保温毡增强膜层。

24、本发明提供的一种碳纤维保温毡的制备方法，所述制备方法包括：

25、（a）将制备增强溶液的各原料搅拌混匀后置于容器中，得到增强溶液；

26、（b）将碳纤维丝按照0度方向铺撒于增强溶液表面，随后将保温毡基材需要增强的面与溶液形成面接触，使碳纤维丝和增强溶液附载于保温毡基材上；然后加热固化，得到具有中间体膜层的碳纤维保温毡；

27、所述中间体膜层的厚度为0.5~2mm；

28、（c）以依次增加碳纤维丝铺撒角度的方式，重复步骤（b）至保温毡基材上的膜层厚度为4~10mm，高温除杂，得到碳纤维保温毡。

29、进一步的，所述步骤（b）加热固化的温度为180~240℃，优选为210℃；

30、进一步的，所述步骤（c）依次增加碳纤维丝铺撒角度的方式为：第一次碳丝角度为0度，第二次为45度，第三次为90度，依次类推；

31、进一步的，所述步骤（c）高温除杂的温度为1500~2000℃，优选为1800℃。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

33、本发明提供的碳纤维保温毡增强膜层主要由碳纤维丝和增强溶液制备得到；所述碳纤维丝为沥青基碳纤维丝；所述增强溶液包括：强度增强材料、热稳定性材料、固化剂、分散剂和溶剂；其中，所述强度增强材料包括二氧化硅、氧化铝和氮化硅中的至少一种；所述热稳定性材料包括氧化锆、立方氮化硼中的至少一种。本申请由上述材料制备得到的碳纤维保温毡增强膜层具有导热低，表面强度高，能在高压的热场环境中使用的技术优势，有效缓解了现有碳纤维保温毡在高压环境中无法使用的问题。

34、本发明提供的碳纤维保温毡的制备方法，所述制备方法首先将碳纤维丝按照0度方向铺撒于增强溶液表面，随后将保温毡基材需要增强的面与溶液形成面接触，加热固化后，得到具有0.5~2mm厚度中间体膜层的碳纤维保温毡；进一步的，本发明以依次增加碳纤维丝铺撒角度的方式，重复上述中间体膜层制备步骤至膜层厚度为4~10mm，得到碳纤维保温毡。本发明上述碳纤维保温毡的制备方法无需对碳纤维进行改性即可得到导热低，表面强度高的保温毡，具有加工工艺简单的技术优势。同时，本发明碳纤维保温毡在表面增强膜层损耗后，能够对表面增强膜层进行重新制备，有效延长了碳纤维保温毡的使用寿命，降低了成本。

1.一种碳纤维保温毡增强膜层，其特征在于，所述碳纤维保温毡增强膜层主要由碳纤维丝和增强溶液制备得到；

2.根据权利要求1所述的碳纤维保温毡增强膜层，其特征在于，所述固化剂为粉末酚醛树脂；

3.根据权利要求1所述的碳纤维保温毡增强膜层，其特征在于，所述增强溶液还包括：

4.根据权利要求1所述的碳纤维保温毡增强膜层，其特征在于，所述增强溶液按质量百分数计，包括：

5.根据权利要求4所述的碳纤维保温毡增强膜层，其特征在于，所述增强溶液按质量百分数计，包括：

6.根据权利要求1所述的碳纤维保温毡增强膜层，其特征在于，所述碳纤维丝为短切为25mm长度的沥青基碳纤维丝。

7.根据权利要求1所述的碳纤维保温毡增强膜层，其特征在于，所述碳纤维保温毡增强膜层中碳纤维丝和增强溶液的质量比为1：4~8，优选为1：6。

8.一种碳纤维保温毡，其特征在于，所述碳纤维保温毡包括：保温毡基材以及附载于保温毡基材上的增强膜层；

9.一种根据权利要求8所述的碳纤维保温毡的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

10.根据权利要求9所述碳纤维保温毡的制备方法，其特征在于，所述步骤（b）加热固化的温度为180~240℃，优选为210℃；