科普 | 碳纤维石墨软毡和硬毡有什么区别？
发布时间：2024-04-09 发布者：admin 来源：行业动态 点击次数：1387
碳纤维石墨软毡的工艺要点及产品特点
碳纤维石墨软毡一般由粘胶纤维、PAN纤维等原丝先经过非织造工艺制成毡子，再经过浸渍（主要是粘胶基需要浸渍）、预氧化、碳化、石墨化、裁剪，最终得到成品。
石墨软毡的成型主要在前端的非织造工序，非织造是一系列复杂工艺的合称，有多种因素会影响成品质量，例如：将纤维梳理成网时，PAN纤维或粘胶纤维细、轻、较干燥，在设备的机械作用下容易起静电，影响设备正常运行，因此需通过加抗静电剂等方式减少静电；铺网时，铺网方式有平行式、交叉式、组合式、垂直式等多种类型，铺网层数可达几十层；针刺加固时，可选用不同型号的刺针、不同的刺针排布方式、不同的针刺次数。
这些仅仅是非织造工艺中采用干法成网、针刺加固的一小部分，非织造还有多种不同的技术路线。
碳纤维石墨软毡通过非织造工艺成型
原丝纤维成型后，从预氧化开始由于毡子中的非碳元素一步步减少，石墨软毡相对于预氧化之前的毡子，其长度、宽度、厚度均会缩小。但未裁剪的石墨软毡仍然是一块面积巨大的材料，长度可达40m，宽度可达1.6m。
根据应用需求，对石墨软毡两端及两侧不平整部分进行裁剪，还可继续裁剪成面积合适的长方形软毡、圆形软毡，以及用于制作硬毡的各种形状坯料等。
从主要性能指标来看，石墨软毡的密度仅0.10g/cm³左右，约是水的密度的十分之一。石墨化之后的纤维本身就轻且细，再加上大量纤维之间形成小空间，让软毡的密度如此之低。
高纯/高效粘胶基石墨软毡的导热系数在1150℃约为0.10-0.15W/m·k，导热系数越低，保温性能越好。
碳纤维石墨硬毡的工艺要点及产品特点
硬毡的成型主要有软毡层压固化成型和湿法成型两种方式。常见的层压法制作碳纤维石墨硬毡以软毡为原料，生产工艺始于裁剪：从软毡上裁剪多块尺寸略大于最终所需成品硬毡尺寸的坯料。裁剪后浸渍树脂等粘结材料，并按所需硬毡厚度将浸渍后的坯料铺叠多层。
软毡生产中的浸渍主要是浸渍催化剂，让粘胶纤维在后续热处理中更稳定；而硬毡的浸渍主要是浸渍热固性树脂，在后续加热固化过程中，液态的树脂凝固，多层软毡与树脂紧密结合成型。
树脂+碳纤维石墨软毡，让材料在某些性能上能实现“1+1＞2”的效果。浸渍了树脂的多层铺叠的软毡经过升温固化，已不像软毡一样可以卷起来，材料的密度、抗压强度也有所增加。
碳纤维石墨硬毡由多层软毡与树脂固化成型
但这还不是碳纤维石墨硬毡。因为其中的树脂含有大量碳以外的其他元素，需经过碳化、石墨化等工艺去除。
树脂中的碳作为基体，碳纤维石墨软毡作为增强体，它们复合在一起，最终成为硬毡这种复合材料。所以碳纤维石墨硬毡又称石墨硬质复合毡。
软毡纤维之间的小空间填充了树脂并固化后，半成品的密度必然高于原料软毡；碳化、石墨化之后，树脂失去了氢、氧原子等，密度又有所降低，但树脂中留下的碳让石墨硬毡密度仍然高于原料软毡的密度。硬毡密度约为0.13-0.25g/cm³。
石墨化之后硬毡的面积与固化之后半成品的面积几乎一样，一般小于裁剪前的原料软毡。
根据形状、表观要求，硬毡还需要进行机加工、涂层或贴碳布、石墨纸等处理。
相较于碳纤维石墨软毡，硬毡的导热系数略高，保温性不如软毡，但其使用寿命更长，例如在单晶炉中软毡的使用寿命约为6个月，而硬毡大概12个月更换一次。
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