CN102220663A - 一种碳纤维多层走丝碳化工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纤维多层走丝碳化工艺,包括退卷、预氧化、低温碳化、高温碳化，其特征在于：在预氧化工序和低温碳化工序中间还有一分层工序，相对应在高温碳化后还有一集束工序，所述的分层工序通过增加集丝板，并在集丝板上设置多孔来实现，所述的集束工序也通过增加集丝板并在集丝板上设置单孔来实现。由于本发明采取了以上技术方案，具有以下优点:由于增加了分层工序即采用集丝板把丝束分层，从而以多层走丝碳化，在保证产品质量的前提下，可以大幅度降低能耗，同时提高产品生产效率。

Description

一种碳纤维多层走丝碳化工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种碳纤维生产工艺，尤其是一种碳纤维多层走丝碳化工艺及其装置。

背景技术

碳纤维是一种含碳量高于90%的无机高分子纤维，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能。碳纤维材料广泛应用于航天航空、深海钻油等高科技领域，但高昂的价格制约了其广泛应用。而碳纤维的昂贵价格，在很大程度上是因为其生产过程中的高能耗所致。

碳纤维碳化生产过程为退卷、预氧化、低温碳化、高温碳化，在这个过程中，低温碳化与高温碳化是能耗较大的环节，碳化温度要求从400℃～1600℃，功率要求达到1800kW。

发明内容

针对上述存在问题，本发明提供一种碳纤维多层走丝碳化工艺，通过增加分层工序，实现多层同时低温碳化和高温碳化，能在不影响产品质量的情况下，大幅度降低能耗，同时提高产品生产效率。

为了达到以上目的，本发明采取以下技术方案，一种碳纤维多层走丝碳化工艺,包括退卷、预氧化、低温碳化、高温碳化，其特征在于：在预氧化工序和低温碳化工序中间还有一分层工序，相对应在高温碳化后还有一集束工序，所述的分层工序通过增加集丝板，并在集丝板上设置多孔来实现，所述的集束工序也通过增加集丝板并在集丝板上设置单孔来实现。

由于本发明采取了以上技术方案，具有以下优点:由于增加了分层工序即采用集丝板把丝束分层，从而以多层走丝碳化，在保证产品质量的前提下，可以大幅度降低能耗，同时提高产品生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例碳化装置的结构示意图

1、前集丝板    2、槽辊    3、张力压辊    4、四辊机    5、三辊机

6、丝束      7、在线张力检测装置     8、纤维梳理器　  9、二辊机

10、氧化炉      11、低温碳化炉    12、高温碳化炉   13、丝束架

14、五辊机      15、后集丝板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

一种碳纤维多层走丝碳化工艺,包括退卷、预氧化、低温碳化、高温碳化，其特征在于：在预氧化工序和低温碳化工序中间还有一分层工序，相对应在高温碳化后还有一集束工序，所述的分层工序通过增加集丝板，并在集丝板上设置多孔来实现，所述的集束工序也通过增加集丝板并在集丝板上设置单孔来实现。

采用单层走丝和多层走丝工艺比较

一，最终产品质量

采用单层走丝和多层走丝产品质量参数比较见下表：

由上表可知，产品质量基本相同。

二、能耗

采用12K产品，丝束宽度5-9mm，丝束中心距6-9mm，共400-500束，产品为T300碳纤维，以年产量1600-1750吨为算，低温碳化炉有效加热宽度为2900-3800mm，装机总功率1100-1750kW，维持功率700-900kW，高温碳化炉有效加热宽度为2900-3800mm，装机总功率为2500-3000kW，维持功率为1300-1800kW。

采用双层低温碳化炉、双层高温碳化炉工艺路线后，低温碳化炉有效加热宽度设计为1500-1800mm，装机总功率550-750kW，维持功率380-460kW。高温碳化炉有效加热宽度设计为1550-1750mm，装机总功率1600kW，维持功率940kW。可以有效提高单时产量及降低能耗。可以计算出，采用了双层工艺路线后，在维持原有质量和产量的基础上，年总能耗降低7200000千万时。直接节省费用586万元/年。碳纤维吨能耗下降4500度电,成本下降3667.5元/吨。

实施例二

如图1所示，采用上述碳纤维多层走丝碳化工艺的装置,包括氧化炉10、前集丝板1、辊机、低温碳化炉11、高温碳化炉12，丝束6经氧化炉预氧化，再经前集丝板1和辊机(本实施例中用的是四辊机4和三辊机5，四辊机和三辊机分别设有槽辊2，三辊机上设有张力压辊3，三辊机实现了分层丝束转向和高度的调节)到低温碳化炉11低温碳化，然后再经辊机4到达高温碳化炉12，最后经辊机牵引进入下道工序，其特征在于：所述前集丝板1上至少有两个孔，丝束6经前集丝板1分层，分层丝束分别经辊机进入低温碳化炉和高温碳化炉，所述的低温碳化炉和高温碳化炉上分别设置有至少两个丝束架13，高温碳化炉后面还连接有后集丝板15。

工作原理：从氧化炉出来为单层丝束，经过前集丝板1分为两层或多层，丝束6宽度变窄，两层或多层丝束分别进入四辊机4和三辊机5，四辊机和三辊机上有槽辊2和张力压辊3，帮助整理丝束，成为分割均匀的平整丝幅；然后，两层或多层丝束同时进入低温碳化炉11，丝束从低温碳化炉出来后，再分别进入两个四辊机4，当丝束分两层或多层排列状从两个四辊机8出来后，进入高温碳化炉12，当丝束从高温碳化炉出来后，经过后集丝板15和梳丝器8，成为间距均匀的单层丝，丝束宽度变宽，经过整理的丝束进入二辊机9和五辊机10，调整两辊机上的压力，给丝束施以适度张力，即保证丝幅宽幅形态又保证整体丝束拉力的均匀一致，最终利用五辊机10将丝束拉入下道工序。

实施例三

同实施例二的一种碳纤维多层走丝碳化工艺的装置，其不同之处在于：在低温碳化炉11入口处出设置有在线张力检测装置7，对输出丝束进行张力均衡检测并及时把检测到的信号反馈给后前面的四辊机，通过频率和速度来进行张力调整。

实施例四

同实施例二的一种碳纤维多层走丝碳化工艺的装置，其不同之处在于：在低温碳化炉11出口处设置有在线张力检测装置7，对输入丝束进行张力均衡检测并及时把检测到的信号反馈给前面的三辊机和四辊机，通过频率和速度来进行张力调整。

实施例五

同实施例二的一种碳纤维多层走丝碳化工艺的装置，其不同之处在于：所述低温碳化炉11入口处四辊机和三辊机以及低温碳化炉11出口处设置的四辊机对应丝束分层数设置有多个。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种碳纤维多层走丝碳化工艺,包括退卷、预氧化、低温碳化、高温碳化，其特征在于：在预氧化工序和低温碳化工序中间还有一分层工序，相对应在高温碳化后还有一集束工序，所述的分层工序通过增加集丝板，并在集丝板上设置多孔来实现，所述的集束工序也通过增加集丝板并在集丝板上设置单孔来实现。

2.一种碳纤维多层走丝碳化工艺的装置，采用权利要求1所述的碳纤维多层走丝碳化工艺,包括氧化炉、集丝板、辊机、低温碳化炉、高温碳化炉，丝束经氧化炉预氧化，再经集丝板和辊机到低温碳化炉低温碳化，然后再经辊机到达高温碳化炉，最后经辊机牵引进入下道工序，其特征在于：所述集丝板上至少有两个孔，丝束经集丝板分层，分层丝束分别经辊机进入低温碳化炉和高温碳化炉，所述的低温碳化炉和高温碳化炉上分别设置有至少两个丝束架，高温碳化炉后面还连接有集丝板。

3.根据权利要求2所述的一种碳纤维多层走丝碳化工艺的装置，其特征在于：所述低温碳化炉入口处设置有在线张力检测装置。

4.根据权利要求2所述的一种碳纤维多层走丝碳化工艺的装置，其特征在于：所述低温碳化炉出口处设置有在线张力检测装置。

5.根据权利要求2所述的一种碳纤维多层走丝碳化工艺的装置，其特征在于：所述低温碳化炉入口处四辊机和三辊机以及低温碳化炉出口处设置的四辊机对应丝束分层数设置有多个。