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炭毡的介绍
是由炭纤维组成的毡状炭质材料。随所用原料不同,分为聚丙烯腈基炭毡和黏胶基炭毡两种。
(1)黏胶基炭毡。①将黏胶纤维长丝束切成7~10cm长的短纤维,经梳毛机梳毛、平整、用针刺植绒机针刺成厚l0~30mm的黏胶基原毡。②将黏胶基原毡在高温炉中用惰性气体作保护气氛或抽真空,以15~100℃/h升温速率由室温升至1000℃即得。
(2)聚丙烯腈基炭毡。其生产方法有两种:①将聚丙烯腈长丝束切成6~8cm长的短纤维,按黏胶基炭毡生产的第一种方法制成聚丙烯腈基原毡,然后在空气或含氧的气氛中在180~240℃范围内经24~48h的氧化处理,白色的原毡变为黑色预氧化毡,此过程称为预氧化。接着按黏胶基炭毡生产的第二种方法进行炭化处理,炭化速率为30~300℃/h,由室温升至l000℃,再冷却到室温即成。②将聚丙烯腈长丝束经180~240℃预氧化处理成预氧化长丝束,然后把预氧化聚丙烯腈纤维切成7~10cm长的短纤维,并加入一定量的油剂,经梳毡、平整,用针刺植绒机制成厚10~30mm的平板预氧化毡或整体预氧化毡,再按上述炭化处理后冷却到室温即成。
炭毡分平板型和整体型两种,常用规格见表1。
表1 炭毡规格
炭毡形态聚丙烯脯基炭毡黏胶基炭毡
炭毡形态 | 聚丙烯脯基炭毡 | 黏胶基炭毡 |
平板炭毡 | ||
长/mm | ≥l500 | ≥1500 |
宽/mm | l00~1500 | 700~l500 |
厚/mm | 5~15 | 4~8 |
整体炭毡 长/mm×宽/mm×厚/mm | 400×400×220 | |
450×450×200 | ||
500×500×180 | ||
600×600×250 | ||
700×700×300 |
炭毡性能和应用见表2。
表2 碳毡的性能
项目 | 聚丙烯腈基 平板炭毡 | 黏胶基 平板炭毡 | 聚丙烯腈基 整体炭毡 |
体积密度 /g·cm-3 | 0.O9~O.15 | 0.05~0.09 | ≥0.15 |
含碳量/% | ≥90 | ≥90 | ≥90 |
灰分/% | 0.8~1.0 | 1.3~1.6 | ≤2 |
强力/N(⊥) (试样50mm×200mm)(∥) | 70~80 200~250 | 10~15 30~150 | ≥49.05 |
热导率/W·(m·K)-l | 0.104(460℃) | 0.03(52℃) | <0.12 |
氧化失重/%(空气、40h) | 0.01~O.02 (450℃) | 24.8 (500℃) | |
拉伸强度/MPa | X-Y向:≥0.2 Z向:≥0.015 |
炭毡具有一般块状炭素材料的耐高温、耐腐蚀、不熔融等特性,又有纤维状炭的体积密度小、柔软、有弹性、可折叠、剪裁、可用炭纱缝合等性能。炭毡现在主要作为真空或在非氧化气氛的高温炉(如高温炭管炉)、高温感应炉和真空镀膜炉等作高温绝热材料。利用它对熔融的金属,陶瓷和玻璃的非浸润性,可作为这些熔融状材料的表面覆盖物,减少热的散失。构成炭毡的纤维直径<10μm,所以它又是很好的催化剂载体。用炭毡作增强骨架制成的炭一炭复合材料,在宇航工业中,可作鼻锥、喷管喉衬等耐烧蚀耐冲刷材料。炭毡经活化处理制成的活性炭毡比之颗粒活性炭有使用方便、污染小等优点。