CN101597848A

CN101597848A - 连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺

Info

Publication number: CN101597848A
Application number: CNA2009100122972A
Authority: CN
Inventors: 肖颖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: CN101597848B

Abstract

连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，是由生产线配套设备及动力系统、电热及温控系统和毡料浸泡系统实现的；其特征是已卷绕成毡坯卷的一端沿放毡机进入毡料浸泡池后再进入低温氧化炉、中温氧化炉和高温氧化炉中，经氧化毡浸泡池后进入低温碳化炉、中温碳化炉和高温碳化炉中，最后探出进入收毡机及收毡架圆盘架上卷绕成卷得到产品；产品宽度：900－1200mm、厚度：3－12mm；抗拉强力(N/25mm)经/纬：14/16；面密度(g/m²)：1500－1800；含碳量％：86－94；方块电阻(Ω/25mm)(11)：0.1；热导率(J/cm.s℃)：4.6×10^－452℃。可达到连续式生产碳纤维毡的目的。

Description

连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料制造领域，具体的讲是一种连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺。

背景技术

传统碳纤维毡的制作是：采用聚丙烯腈纤维经预氧化处理制成预氧毡或用碳纤维经切短梳理成网，再经针刺成特厚碳纤维毡平板坯，再经高温处理成碳纤维毡；然后进行高温处理制成碳纤维毡。碳纤维毡与其它保温隔热材料相比，具有以下特点：耐高温(真空或保护性气体中可达3000℃)，能有效的阻隔辐射热，且放气量极小，特别适合使用于真空高温炉。耐各种化学腐蚀，质轻能有效减轻炉体的重量。热容低，炉温上升速率快，节能显著，同时降温也快，能大大缩短炉子使用周期，提高使用效率。不会像粉状或颗粒状保温材料那样飞扬，有利于环境洁净和操作人员的健康，且操作方便。与高温特种金属隔热材料相比，价格便宜，隔热效果更佳。使用时可拼接，缝合或包扎，能适应各种形状与规格的高温炉之需要。由于在碳纤维毡中90％为空隙，因此它在真空或惰性气氛中的隔热保温性能非常优越。特别是在高温条件下性能稳定，由于它重量轻、比热容小、质地柔软、绝热性好、操作方便，可广泛应用在高度真空与惰性气体炼矿熔炉、晶体生长炉、单晶炉、多晶炉，特别适用于间歇运行的高温真空炉，可节省大量能源。作为平板碳纤维毡可以与碳复合制成碳/碳复合材料，它的抗烧蚀性能、抗热、抗震性能和耐磨性能都很优越，它与热固性、热塑性树脂复合制成碳纤维增强材料，有很高的强度和模量，可用于化工、机械等工业部门做耐磨、耐蚀、密封滑动等器件及民用工业品。国内高性能的碳纤维毡由于其制作工艺要求高和因其原料来源的限制，只有极少数的有原料条件的厂家在试制，但因工艺和其附属设施的制约，基本都是在试验中。国内现在制作碳纤维毡的生产设备基本上是采用间歇炉方式制作碳纤维毡，即将碳纤维毡原料板坯放进间歇炉中进行加温至一定温度后，将间歇炉停止冷却后，将已加温烧蚀成的碳纤维毡取出，然后再装入另一碳纤维毡坯重新开炉进行烧蚀，如此循环。这样不光制成的碳纤维毡效率低，而且质量也不够稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现用间歇炉制作碳纤维毡的缺陷和不足，提供一种连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，以适应我国工业发展的需求。

所述的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，其技术方案是由生产线配套设备及动力系统、电热及温控系统和毡料浸泡系统实现的：

其生产线配套设备及动力系统由以下设备组成：

基座上有放毡料架、放毡机、毡料浸泡池、低温氧化炉、中温氧化炉、高温氧化炉、氧化毡浸泡池、低温碳化炉、中温碳化炉、高温碳化炉、收毡机、收毡架和反应性气体装置按序呈横排形排列组成。各设备各自独立安装在基座上，相互排列呈一条直线布置，其放毡料架上有动力系统连接，能带动毡料架转动；放毡机的转动轮为滑轮装置；毡料浸泡池内装有硝酸溶液；低温氧化炉、中温氧化炉和高温氧化炉按序排列，各自在炉腔内安装有电加热装置，各自在炉外有温控装置；低温碳化炉、中温碳化炉和高温碳化炉按序排列，各自在炉腔内安装有电加热装置，各自的进出料口中有上下对吹的氮气封闭装置、能防止炉内热气外泻和防止空气进入，各自在炉外有温控装置；氧化毡浸泡池内装有可溶性金属盐的水溶液；收毡机转轮为滑轮装置；收毡架在动力的带动下转动；反应性气体装置的进出气管连接在三个碳化炉上，。

电热及温控系统：

设置在三个氧化炉和三个碳化炉上，根据各氧化炉和各碳化炉各自的温度不同而设置有各自的温控装置。

所述的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺中低温氧化炉炉中的温度为200度，中温氧化炉炉内的温度为280度，高温氧化炉炉内的温度为380度，低温碳化炉炉内的温度为500度，中温碳化炉炉内的温度为800度，高温碳化炉炉内的温度为1000-1800度。

毡料浸泡系统：

分为毡料氧化前浸泡处理和氧化毡浸泡处理两个工序，毡料氧化前浸泡处理是毡料从放毡机出来后，以斜角度直接进入毡料浸泡池内的硝酸溶液液体中，经池内液体中的滑杆下斜向上探出至低温氧化炉进料口中；氧化毡浸泡处理是经氧化处理的氧化毡从高温氧化炉出料口斜向向下进入氧化毡浸泡池液体中，氧化毡浸泡池液体为可溶性金属盐，然后经池内液体中的滑杆下斜向上探出至低温碳化炉进料口中。

所述的硝酸溶液液体水溶液中可加入有机溶剂，有机溶剂选自乙醇、丙酮、异丙醇或乙二醇等，以增强石墨毡的润湿性，水溶液中，有机溶剂的体积浓度以20～40％为适宜，硝酸溶液的质量浓度以200～400°为适宜；可溶性金属盐包括铁、钻、镍或铜等的硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐或醋酸盐，溶液中金属离子重量浓度为5％～8％；

所述的连续式生产碳纤维毡生产线的工艺原理如下：

是采用商业化的毡坯原材料，如上海新兴碳素有限公司生产的聚丙烯睛基平板毡坯，是一种由聚丙烯睛基纤维编织而成的毡坯形材料，或用碳纤维经切短梳理成网，再经针刺成特厚碳纤维毡平板坯；其工艺原理是首先将原料厂家出厂时已卷绕成平板状毡坯卷的圆盘放置于放毡架上，平板状毡坯的一端沿放毡机滑轮中探出后向下斜向进入毡料浸泡池中，经池中液体内滑杆下后斜向上进入低温氧化炉中，在低温氧化炉中行走若干个S弯后沿炉另一侧下端向外探出后又进入中温氧化炉和高温氧化炉中，在这两个炉中与低温氧化炉内行走的同样路径，然后沿高温氧化炉外侧探出后斜向下进入氧化毡浸泡池中，经池中液体下滑杆下后斜向上进入低温碳化炉、中温碳化炉和高温碳化炉中，从高温碳化炉中探出后进入收毡机滑轮中，从收毡机滑轮中探出后进入收毡架的圆盘架上卷绕成卷而得到产品。

然后用反应性气体装置向低温碳化炉、中温碳化炉和高温碳化炉中通入反应性气体，反应性气体选自一氧化碳、甲烷、乙烷或乙烯中的一种与氢的混合物。使低温碳化炉、中温碳化炉和高温碳化炉中保持无氧装态下对氧化纤维进行碳化。

采用本发明方法制备的碳纤维毡，具有较大的密度，和很高的机械(抗压和抗弯曲)强度，并具有中孔特征和很大的外表面积，是一种新型的碳纤维毡。其连续式生产的方式，改变了已有技术的间竭式传统生产模式，大大提高了生产效率，同时提高了质量，并能保持质量稳定。

附图说明

图1为本发明的立体示意简图

图2为本发明的反应性气体放大示意简图

具体实施方式

在图1和图2所示的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺立体示意简图中，其基座上有放毡料架1、放毡机2、毡料浸泡池3、低温氧化炉4、中温氧化炉5、高温氧化炉6、氧化毡浸泡池7、低温碳化炉8、中温碳化炉9、高温碳化炉10、收毡机11、收毡架12和反应性气体装置13按序呈横排形排列组成。各设备各自独立安装在基座上，相互排列呈一条直线布置，其放毡料架1上有动力系统连接，能带动毡料架1转动；放毡机2的转动轮为滑轮装置；毡料浸泡池3内装有硝酸溶液；低温氧化炉4、中温氧化炉5和高温氧化炉6按序排列，各自在炉腔内安装有电加热装置，各自在炉外有温控装置；低温碳化炉8、中温碳化炉9和高温碳化炉10按序排列，各自在炉腔内安装有电加热装置，各自的进出料口中有动力转动滑轮和上下对吹的氮气封闭装置、能防止炉内热气外泻和防止空气进入，各自在炉外有调节炉内的温控装置；氧化毡浸泡池7内装有可溶性金属盐的水溶液；收毡机11转轮为滑轮装置；收毡架12在动力的带动下转动；反应性气体装置13的进出气管连接在三个碳化炉上。

电热及温控系统：

设置在三个氧化炉和三个碳化炉上各自有电热温控系统，根据各氧化炉和各碳化炉的温度不同在各炉外设置有可调节各炉内的温控装置。

所述的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺中低温氧化炉4炉中的温度为200度，中温氧化炉5炉内的温度为280度，高温氧化炉6炉内的温度为380度，低温碳化炉8炉内的温度为500度，中温碳化炉9炉内的温度为800度，高温碳化炉10炉内的温度为1000-1800度。

毡料浸泡系统：

分为毡料氧化前浸泡处理和氧化毡浸泡处理两个工序，毡料氧化前浸泡处理是毡料从放毡机2出来后，以斜角度直接进入毡料浸泡池3内的硝酸溶液液体中，经池内液体中的滑杆下斜向上探出至低温氧化炉4进料口中；氧化毡浸泡处理是经氧化处理的氧化毡从高温氧化炉6出料口斜向向下进入氧化毡浸泡池7液体中，氧化毡浸泡池7液体为可溶性金属盐，然后经池内液体中的滑杆下斜向上探出至低温碳化炉8进料口中。

所述的硝酸溶液液体水溶液中可加入有机溶剂，有机溶剂选自乙醇、丙酮、异丙醇或乙二醇等，以增强毡的润湿性，水溶液中，有机溶剂的体积浓度以20～40％为适宜，硝酸溶液的质量浓度以200～400°为适宜；可溶性金属盐包括铁、钻、镍或铜等的硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐或醋酸盐，水溶液中金属离子重量浓度为5％～8％；

所述的连续式生产碳纤维毡生产线的工艺原理如下：

是采用商业化的毡坯原材料，如上海新兴碳素有限公司生产的聚丙烯睛基平板毡坯，是一种由聚丙烯睛基纤维编织而成的毡坯形材料，或用碳纤维经切短梳理成网，再经针刺成特厚碳纤维毡平板坯；其工艺原理是首先将原料厂家出厂时已卷绕成平板状毡坯卷的圆盘放置于放毡架1上，平板状毡坯的一端沿放毡机滑轮中探出后向下斜向进入毡料浸泡池3中，经池中液体内滑杆下后斜向上进入低温氧化炉4中，在低温氧化炉4中行走若干个S弯后沿炉另一侧下端向外探出后又进入中温氧化炉5和高温氧化炉6中，在这两个炉中与低温氧化炉4内行走的同样路径，然后沿高温氧化炉6外侧探出后斜向下进入氧化毡浸泡池7中，经池中液体下滑杆下后斜向上进入低温碳化炉8、中温碳化炉9和高温碳化炉10中，从高温碳化炉10中探出后进入收毡机11滑轮中，从收毡机11滑轮中探出后进入收毡架12的圆盘架上卷绕成卷而得到产品。

以上工艺中用反应性气体装置13向低温碳化炉8、中温碳化炉和9高温碳化炉10中通入反应性气体，反应性气体选自一氧化碳、甲烷、乙烷或乙烯中的一种与氢的混合物。使低温碳化炉8、中温碳化炉9和高温碳化炉10中保持无氧状态下对氧化纤维毡进行碳化。

技术指标如下：

宽度(mm)：900-1200；

厚度(mm)：3-12；

抗拉强力(N/25mm)经/纬：14/16；

面密度(g/m²)：1500-1800；

含碳量％：86-94；

方块电阻(Ω/25mm)(11)：0.1；

热导率(J/cm.s℃)：4.6×10^-452℃。

Claims

1、连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，其技术方案是由生产线配套设备及动力系统、电热及温控系统和毡料浸泡系统实现的；其特征是将已卷绕成毡坯卷的圆盘放置于放毡架上，毡坯一端沿放毡机滑轮中进入毡料浸泡池中，经池中硝酸溶液内再进入低温氧化炉、中温氧化炉和高温氧化炉中，然后进入氧化毡浸泡池中，经池中可溶性金属盐液体后又进入低温碳化炉、中温碳化炉和高温碳化炉中，后探出进入收毡机滑轮中，从收毡机滑轮中探出后进入收毡架的圆盘架上卷绕成卷得到产品；产品宽度(mm)：900-1200、厚度(mm)：3-12；达到抗拉强力(N/25mm)经/纬：14/16；面密度(g/m²)：1500-1800；含碳量％：86-94；方块电阻(Ω/25mm)(11)：0.1；热导率(J/cm.s℃)：4.6×10^-452℃。

2、根据权利要求1所述的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，其特征在于：生产线配套设备及动力系统是由基座上安装的放毡料架、放毡机、毡料浸泡池、低温氧化炉、中温氧化炉、高温氧化炉、氧化毡浸泡池、低温碳化炉、中温碳化炉、高温碳化炉、三个碳化炉的进出料口中有上下对吹的氮气封闭装置、反应性气体装置、收毡机、收毡架和反应性气体装置按序呈横排形排列组成。

3、根据权利要求1或2所述的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，其特征在于：电热及温控系统设置在三个氧化炉和三个碳化炉上，根据各氧化炉和各碳化炉各自的温度不同而设置有各自的温控装置；低温氧化炉炉中的温度为200度，中温氧化炉炉内的温度为280度，高温氧化炉炉内的温度为380度，低温碳化炉炉内的温度为500度，中温碳化炉炉内的温度为800度，高温碳化炉炉内的温度为1000-1800度。

4、根据权利要求1或2所述的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，其特征在于：毡料浸泡系统分为毡料氧化前浸泡处理和氧化毡浸泡处理两个工序，毡料氧化前浸泡处理中的硝酸溶液液体水溶液中有机溶剂选自乙醇、丙酮、异丙醇或乙二醇，以增强碳纤维毡的润湿性，水溶液中体积浓度以20～40％为适宜，硝酸溶液的质量浓度以200～400°为适宜；氧化毡浸泡处理中的可溶性金属盐包括铁、钻、镍或铜等的硝酸盐、硫酸盐、盐酸盐或醋酸盐，溶液中金属离子重量浓度为5％～8％。

5、根据权利要求1或2所述的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，其特征在于：低温碳化炉、中温碳化炉和高温碳化炉各自的进出料口中有上下对吹的氮气封闭装置、能防止炉内热气外泻和防止空气进入。

6、根据权利要求1或2所述的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，其特征在于：反应性气体装置的进出气管连接在低温碳化炉、中温碳化炉和高温碳化炉的三个碳化炉上。

7、根据权利要求1或2所述的连续式生产碳纤维毡生产线的设备及工艺，其特征在于：放毡机转轮和收毡机转轮为滑轮装置。