專利名稱：碳纖維規(guī)整波紋填料制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維規(guī)整波紋填料的制造方法，屬于高性能填料的制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
在石油化工、精細(xì)化工、輕工、食品、制藥、環(huán)保及原子能等部門，填料塔是不可或缺的重要設(shè)備，廣泛用于蒸餾、吸收、洗滌、冷卻等化工單元過程。填料塔與板式塔相比具有通量大、效率高、壓力小等突出特點(diǎn)。應(yīng)用高效填料技術(shù)改造舊板式塔，一般可使產(chǎn)量提高30-100％，能耗降低20-50％，并使產(chǎn)品性能明顯提高。近年來，新型填料塔的出現(xiàn)以及在大型設(shè)備中的成功應(yīng)用在我國(guó)取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
填料(分為散裝填料和規(guī)整填料)是填料塔的核心構(gòu)件，它與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性能。填料提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)與換熱的表面。由于工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)規(guī)模大型化，要求塔器具有大通量，使液體均勻分布，降低填料層阻力，提高分離效率，達(dá)到節(jié)能效果。規(guī)整填料能滿足大直徑塔器的要求，因此各類規(guī)整填料的發(fā)展迅速。與散裝填料相比，規(guī)整填料可以安排更大面積，幾乎無(wú)放大效應(yīng)，結(jié)構(gòu)規(guī)整，效率高，節(jié)能效果顯著。
按材質(zhì)分類，規(guī)整填料包括金屬、塑料、陶瓷等。
上述各種填料在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中，特別是氫氟酸、氯酸、甲酸、乙酸、氯乙酸、等耐腐蝕性能差，使用周期短，致使造成資源的浪費(fèi)，使生產(chǎn)產(chǎn)品的成本提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維規(guī)整波紋填料的制作方法。以該方法所制造的規(guī)整波紋填料具有強(qiáng)耐腐蝕性能，可適于在各種腐蝕介質(zhì)條件下工作。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的。一種碳纖維規(guī)整波紋填料的制作方法，其特征在于包括以下過程(1)以直徑為7-9μm，每束碳纖維為4000、6000或8000根，聚丙烯腈基碳纖維為原料，采用經(jīng)編多軸向織物技術(shù)或機(jī)織技術(shù)，將碳纖維編織成20-40目的碳纖維網(wǎng)或厚度為0.1-0.35mm的碳纖維布。
(2)將步驟(1)織得的碳纖維網(wǎng)或碳纖維布以丙酮及去離子水進(jìn)行表面清洗，去污；然后在400-500℃氣相氧化、干燥；干燥后的碳纖維網(wǎng)或碳纖維布浸漬在粘度為300-600cP的環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺或己內(nèi)酰胺樹脂之中，10-30分鐘；將浸漬有樹脂的碳纖維網(wǎng)或碳纖維布放置在具有波紋條的模具中，在60-200℃之間固化，固化時(shí)間為0.5-2小時(shí)，經(jīng)托模后形成碳纖維波紋網(wǎng)或碳纖維波紋板。
(3)將步驟(2)制得的碳纖維波紋網(wǎng)或碳纖維波紋板置于真空加熱爐中，在1-3KPa真空和氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，以5-10℃/min升溫速率，升至950-1200℃予以碳化，保溫2-5小時(shí)，冷卻后出爐。
(4)將步驟(3)制得的波紋碳纖維網(wǎng)或波紋碳纖維板，按相鄰兩片波紋碳纖維網(wǎng)或波紋碳纖維板的波紋軸向互成90°夾角的規(guī)則，把波紋碳纖維網(wǎng)或波紋碳纖維板組裝成填料塊體。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，工藝條件易于精確控制，填料性能易于調(diào)整。改性碳纖維規(guī)整填料的比表面積為350-1500m2/m3，且力學(xué)性能不低于不銹鋼和鈦合金網(wǎng)狀多孔填料。尤為突出的是，改性碳纖維規(guī)整填料具有基本無(wú)腐蝕的特性，可實(shí)現(xiàn)高純物質(zhì)生產(chǎn)的可能性，因而克服了鈦材、不銹鋼等在強(qiáng)腐蝕塔器中服役時(shí)間短，停工檢修頻繁，資源消耗高的缺點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明采用的碳纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明采用的碳纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明兩片90°相交的波紋碳纖維板示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1以直徑為7-9μm，每束碳纖維為4000根的聚丙烯腈基碳纖維為原料，采用4×4經(jīng)編多軸向技術(shù)，編織成40目的碳纖維網(wǎng)。然后經(jīng)過丙酮清洗及去離子水清洗去除污物，去除污物的碳纖維網(wǎng)置于干燥爐在400℃進(jìn)行氣相氧化、干燥。干燥后的碳纖維網(wǎng)浸漬在粘度為400cP環(huán)氧樹脂中達(dá)10分鐘，將浸漬有環(huán)氧樹脂的碳纖維網(wǎng)置于成型模具中，模具開設(shè)有等邊的連續(xù)三角形，置于模具中的浸漬有環(huán)氧樹脂的碳纖維網(wǎng)，在60℃經(jīng)0.5小時(shí)固化，經(jīng)脫模制得三角形的軸線與碳纖維網(wǎng)的上下垂直方向呈30°夾角的波紋碳纖維網(wǎng)；將波紋碳纖維網(wǎng)置于真空加熱爐中，在1KPa真空和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5℃/min升溫速率，升至950℃進(jìn)行碳化，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫后出爐；將碳化的波紋碳纖維網(wǎng)按相鄰兩片波紋碳纖維網(wǎng)的波紋軸線互成90°夾角的規(guī)則組裝成填料塊體。
實(shí)例2以直徑為7-9μm，每束碳纖維6000根的聚丙烯腈基碳纖維為原料，采用4×4經(jīng)編多軸向技術(shù)，編織成20目的碳纖維網(wǎng)。然后經(jīng)過丙酮清洗及去離子水清洗去除污物，去除污物的碳纖維網(wǎng)置于干燥爐在500℃進(jìn)行氣相氧化干燥。干燥后的碳纖維網(wǎng)浸漬在粘度為300cP的雙馬來酰亞胺中達(dá)20分鐘，將浸漬有雙馬來酰亞胺的碳纖維網(wǎng)置于成型模具中，模具開設(shè)有等邊的連續(xù)三角形，置于模具中的浸漬有雙馬來酰亞胺的碳纖維網(wǎng)，在150℃經(jīng)1小時(shí)固化，經(jīng)脫模制得三角形的軸線與碳纖維網(wǎng)的上下垂直方向呈45°夾角的波紋碳纖維網(wǎng)；將波紋碳纖維網(wǎng)置于真空加熱爐中，在2KPa真空和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以10℃/min升溫速率，升至1200℃進(jìn)行碳化，保溫5小時(shí)，冷卻至室溫后出爐；將碳化的波紋碳纖維網(wǎng)按相鄰兩片波紋碳纖維網(wǎng)的波紋軸線互成90°夾角的規(guī)則組裝成填料塊體。
實(shí)例3以直徑為7-9μm，每束碳纖維為6000根的聚丙烯腈基碳纖維為原料，采用4×4經(jīng)編經(jīng)編多軸技術(shù)，編織成20目的碳纖維網(wǎng)。然后經(jīng)過丙酮清洗及去離子水清洗去除污物，去除污物的碳纖維網(wǎng)置于干燥爐在450℃進(jìn)行氣相氧化干燥。干燥后的碳纖維網(wǎng)浸漬在粘度為600cP的己內(nèi)酰胺中達(dá)30分鐘，將浸漬有己內(nèi)酰胺的碳纖維網(wǎng)置于成型模具中，模具開設(shè)有等邊的連續(xù)三角形，置于模具中的浸漬有己內(nèi)酰胺的碳纖維網(wǎng)，在200℃經(jīng)2小時(shí)固化，經(jīng)脫模制得三角形的軸線與碳纖維網(wǎng)的上下垂直方向呈45°夾角的波紋碳纖維網(wǎng)；將波紋碳纖維網(wǎng)置于真空加熱爐中，在2KPa真空和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以8℃/min升溫速率，升至1000℃進(jìn)行碳化，保溫4小時(shí)，冷卻至室溫后出爐；將碳化的波紋碳纖維網(wǎng)按相鄰兩片波紋碳纖維網(wǎng)的波紋軸線互成90°夾角的規(guī)則組裝成填料塊體。
實(shí)例4以直徑為7-9μm，每束碳纖維為4000根的聚丙烯腈基碳纖維為原料，采用機(jī)織技術(shù)，厚度為0.1mm的碳纖維布。然后經(jīng)過丙酮清洗及去離子水清洗去除污物，去除污物的碳纖維布置于干燥爐在400℃進(jìn)行氣相氧化干燥。干燥后的碳纖維布浸漬在粘度為400cP環(huán)氧樹脂中達(dá)10分鐘，將浸漬有環(huán)氧樹脂的碳纖維布置于成型模具中，模具開設(shè)有等邊的連續(xù)三角形，置于模具中的浸漬有環(huán)氧樹脂的碳纖維布，在60℃經(jīng)0.5小時(shí)固化，經(jīng)脫模制得三角形的軸線與碳纖維布的上下垂直方向呈30°夾角的波紋碳纖維板；將波紋碳纖維板置于真空加熱爐中，在1KPa真空和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5℃/min升溫速率，升至950℃進(jìn)行碳化，保溫2小時(shí)，冷卻至室溫后出爐；將碳化的波紋碳纖維板按相鄰兩片波紋碳纖維板的波紋軸線互成90°夾角的規(guī)則組裝成填料塊體。
實(shí)例5以直徑為7-9μm，每束碳纖維為6000根的聚丙烯腈基碳纖維為原料，采用機(jī)織技術(shù)，厚度為0.15mm的碳纖維布。然后經(jīng)過丙酮清洗及去離子水清洗去除污物，去除污物的碳纖維布置于干燥爐在450℃進(jìn)行氣相氧化干燥。干燥后的碳纖維布浸漬在粘度為450cP雙馬來酰亞胺中達(dá)20分鐘，將浸漬有雙馬來酰亞胺的碳纖維布置于成型模具中，模具開設(shè)有等邊的連續(xù)三角形，置于模具中的浸漬有雙馬來酰亞胺的碳纖維布，在150℃經(jīng)1小時(shí)固化，經(jīng)脫模制得三角形的軸線與碳纖維布的上下垂直方向呈30°夾角的波紋碳纖維板；將波紋碳纖維板置于真空加熱爐中，在2KPa真空和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以8℃/min升溫速率，升至1200℃進(jìn)行碳化，保溫3小時(shí)，冷卻至室溫后出爐；將碳化的波紋碳纖維板按相鄰兩片波紋碳纖維板的波紋軸線互成90°夾角的規(guī)則組裝成填料塊體。
實(shí)例6以直徑為7-9μm，每束碳纖維為6000根的聚丙烯腈基碳纖維為原料，采用機(jī)織技術(shù)，0.15mm的碳纖維布。然后經(jīng)過丙酮清洗及去離子水清洗去除污物，去除污物的碳纖維布置于干燥爐在500℃進(jìn)行氣相氧化干燥。干燥后的碳纖維布浸漬在粘度為500cP己內(nèi)酰胺中達(dá)30分鐘，將浸漬有己內(nèi)酰胺的碳纖維布置于成型模具中，模具開設(shè)有等邊的連續(xù)三角形，置于模具中的浸漬有己內(nèi)酰胺的碳纖維布，在1200℃經(jīng)2小時(shí)固化，經(jīng)脫模制得三角形的軸線與碳纖維布的上下垂直方向呈30°夾角的波紋碳纖維板；將波紋碳纖維板置于真空加熱爐中，在3KPa真空和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以10℃/min升溫速率，升至1000℃進(jìn)行碳化，保溫5小時(shí)，冷卻至室溫后出爐；將碳化的波紋碳纖維板按相鄰兩片波紋碳纖維板的波紋軸線互成90°夾角的規(guī)則組裝成填料塊體。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維規(guī)整波紋填料的制作方法，其特征在于包括以下過程(1)以直徑為7-9μm，每束碳纖維為4000、6000或8000根，聚丙烯腈基碳纖維為原料，采用經(jīng)編多軸向織物技術(shù)或機(jī)織技術(shù)，將碳纖維編織成目數(shù)20-40目的碳纖維網(wǎng)或厚度為0.1-0.15mm的碳纖維布；(2)將步驟(1)織得的碳纖維網(wǎng)或碳纖維布以丙酮清洗及去離子水進(jìn)行表面清洗，去污；然后在400-500℃氣相氧化干燥；干燥后的碳纖維網(wǎng)或碳纖維布浸漬在粘度為300-600cP的環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺或己內(nèi)酰胺樹脂中10-30分鐘，將浸漬有樹脂的碳纖維網(wǎng)或碳纖維布放置在具有波紋條的模具中，在60-200℃之間固化，固化時(shí)間為0.5-2小時(shí)，經(jīng)托模后形成碳纖維波紋網(wǎng)或碳纖維波紋板；(3)將步驟(2)制得的碳纖維波紋網(wǎng)或碳纖維波紋板置于真空加熱爐中，在1-3KPa真空和氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，以5-10℃/min升溫速率，升至950-1200℃進(jìn)行碳化，保溫2-5小時(shí)，冷卻后出爐；(4)將步驟(3)制得的波紋碳纖維網(wǎng)或波紋碳纖維板，按相鄰兩片波紋碳纖維網(wǎng)或波紋碳纖維板的波紋軸向互成90°夾角的規(guī)則，把波紋碳纖維網(wǎng)或波紋碳纖維板組裝成填料塊體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳纖維規(guī)整波紋填料的制造方法，屬于碳纖維規(guī)整波紋填料的制造技術(shù)。該方法包括以下過程以聚丙烯腈基碳纖維為原料，采用經(jīng)編多軸向織物技術(shù)或機(jī)織技術(shù)，編織成碳纖維網(wǎng)或碳纖維布；然后經(jīng)氣相氧化、干燥；然后將碳纖維網(wǎng)或碳纖維布浸漬在環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺或己內(nèi)酰胺樹脂之中，使浸漬有樹脂的碳纖維網(wǎng)或碳纖維布放置在具有波紋條的模具中，經(jīng)脫模后形成碳纖維波紋網(wǎng)或碳纖維波紋板；再予以碳化，制得波紋碳纖維網(wǎng)或波紋碳纖維板，再經(jīng)組裝成碳纖維規(guī)整波紋填料塊體。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備工藝過程簡(jiǎn)單，以該方法所制造的規(guī)整波紋填料具有強(qiáng)耐腐蝕性能，可適于在各種腐蝕介質(zhì)條件下工作。
文檔編號(hào)B29C70/00GK1895768SQ20061001435
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者王玉林, 萬(wàn)怡灶, 黃遠(yuǎn), 何芳, 周福剛 申請(qǐng)人:天津大學(xué)