CN103882560A - 一种用于碳纤维连续生产的在线除湿去氧装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于碳纤维连续化生产的在线除湿去氧装置属于新型材料生产领域。包括由与碳化炉的入口连接的法兰、一组或一组以上的可调节对吹角度的气体吹扫管、气体吹扫管固定螺母、气体加热器和废气排放口组成。采用本发明的装置，对运行的不同大小丝束，通过调整氮气对吹角度，实现了碳化过程纤维的在线除湿去氧效果。在运行过程中由纤维带入炉膛的水和氧量降至原来的5%以下，与未安装所述装置相比，碳纤维的强度可提高7%以上。本装置利用法兰可以与现有碳化设备方便的进行连接，同时具有体积小、结构简单、易于制造，维护简便的特点。

Description

一种用于碳纤维连续生产的在线除湿去氧装置
技术领域
本发明属于新型材料生产领域，涉及一种除湿去氧装置，具体地说是一种用于碳纤维连续化生产的在线除湿去氧装置。
背景技术
碳纤维由于具有优异的力学性能，作为先进复合材料的增强体，在航天航空以及国民经济各个领域有着重要用途。碳纤维力学性能的高强化是目前碳纤维研究生产的主要方向。
在碳纤维制备生产中，需要首先将聚丙烯腈等有机纤维在200-300℃空气气氛中进行预氧化得到预氧纤维，然后将预氧化纤维300-1000℃的惰性气氛中进行低温碳化得到低温碳化纤维，低温碳化纤维进一步在1000-1600℃进行高温碳化得到碳纤维。预氧化纤维进入低温碳化炉前以及低温碳化纤维高温碳化炉前均有一段时间暴露于空气中，因此纤维会吸附空气中的水分。另外碳纤维的生产是多丝束同时进行的，每一束纤维包含几千到上万根单丝，丝束内部和丝束间会夹带空气中的氧。丝束越大，夹带氧也越多。由于聚丙烯腈纤维的碳化是在高温下进行，丝束吸附的水分和夹带的氧与纤维中的碳发生反应，从而引起最终碳纤维的力学性能的下降。现有碳化炉一般设有迷宫式或其他形式的气封，只能起到隔绝外部空气进入碳化炉的作用，不能有效去除丝束吸附的水分和夹带的氧。
发明内容
为解决碳纤维连续化生产中纤维吸附的水分和夹带的氧进入碳化炉引起碳纤维强度下降的技术问题，本发明提供一种用于碳纤维连续生产的在线除湿去氧装置。
一种用于碳纤维连续化生产的在线除湿去氧装置，其特征在于：碳化炉的入口经法兰与所述除湿去氧装置的出口管相连接，出口管上设有废气排放口，内部为吹扫腔体；出口管上通过固定螺母和至少一组气体吹扫管连接，每组气体吹扫管包括上下气体吹扫管；气体吹扫管沿长度方向开孔或者开有狭缝，且能沿轴向旋转以调整气体对吹角度；气体加热器经气体吹扫管连接到吹扫腔体。
进一步，其特征在于：所述吹扫腔体内设有1-3组气体吹扫管。
进一步，其特征在于：所述气体吹扫管沿长度方向每隔5mm-50mm打一φ1-10mm孔或者开宽度为0.1-5mm的狭缝。
进一步，其特征在于：所述气体吹扫管上下间距为5-20mm。
进一步，其特征在于：所述气体吹扫管沿轴向旋转调整气体对吹角度为0-90°。
应用所述装置的方法，其特征在于：
碳化炉的入口经法兰与除湿去氧装置的出口管相连接，旋转上下气体吹扫管，调整气体吹扫管上气体对吹角度；气体加热器将氮气加热到100-120℃后经气体吹扫管进入吹扫腔体内；丝束大小为2-6K的聚丙烯腈纤维经过本装置后进入碳化炉进行碳化；含有水分和氧的氮气经废气排放口和纤维入口排出。
本发明要解决的问题是通过以下技术方案实现的：碳化炉7的入口通过法兰5与在线除湿去氧装置相连，在线除湿去氧装置安装1-3组可调节上下对吹角度的气体吹扫管3。气体吹扫管3沿长度方向每5mm-50mm打一φ1-10mm孔或者开宽度为0.1-5mm的狭缝。气体吹扫管3安装在装置吹扫腔体2内，利用套管式机械密封实现气体吹扫管的轴向旋转，采用管两端的螺母4固定在装置外壳上。分别旋转上下气体吹扫管3，实现气体吹扫管上小孔或狭缝对吹角度的调节。对吹管上下间距为5-20mm。根据进入碳化炉的丝束大小设定小孔或者细缝的对吹角度为0-90°。气体加热器6将高纯氮气或者氩气加热后经气体吹扫管进入除湿去氧装置腔体，逆着纤维运行方向将纤维束内部和纤维束间吸附的水和夹带的氧去除，从。废气排放口1和纤维入口排出。
本发明的有益效果是：对运行的不同大小丝束，通过调整氮气对吹角度，实现碳化过程纤维的在线除湿去氧效果。在运行过程中由纤维带入炉膛的水和氧量降至原来的5%以下，与未安装所述装置相比，碳纤维的强度可提高7%以上。本装置利用法兰可以与现有碳化设备方便的进行连接，同时具有体积小、结构简单、易于制造，维护简便的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为本发明的气体吹扫管剖面图；
其中，1.废气排放口，2.吹扫腔体，3.气体吹扫管，4.固定螺母，5.法兰；6.气体加热器；7.碳化炉，8.出口管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明一种用于碳纤维连续化生产的在线除湿去氧装置，如图1所示，碳化炉7的入口经法兰5与除湿去氧装置的出口相连接，在线除湿去氧装置安装一组可调节上下对吹角度的气体吹扫管3。气体吹扫管3沿长度方向每5mm打一φ3mm孔。气体吹扫管3安装在吹扫腔体2内，利用套管式机械密封实现气体吹扫管的轴向旋转，采用管两端的螺母4固定在装置外壳上。分别旋转上下气体吹扫管3，将气体吹扫管上小孔的吹角度调整为45°。对吹管上下间距为10mm。气体加热器6将氮气加热到120℃后经气体吹扫管3进入吹扫腔体2内。丝束大小为6K的聚丙烯腈纤维经过本装置后进入碳化炉进行碳化。含有水分和氧的氮气经废气排放口1和纤维入口排出。
安装本装置后，丝束运行过程进入炉膛的水和氧气含量由未安装本装置的200ppm降低为8ppm，碳纤维强度由3.8GPa提高到4.2GPa,提高了10.5%。

Claims (6)

1.一种用于碳纤维连续化生产的在线除湿去氧装置，其特征在于：碳化炉的入口经法兰与所述除湿去氧装置的出口管相连接，出口管上设有废气排放口，内部为吹扫腔体；出口管上通过固定螺母和至少一组气体吹扫管连接，每组气体吹扫管包括上下气体吹扫管；气体吹扫管沿长度方向开孔或者开有狭缝，且能沿轴向旋转以调整气体对吹角度；气体加热器经气体吹扫管连接到吹扫腔体。
2.根据权利要求1的用于碳纤维连续化生产的在线除湿去氧装置，其特征在于：所述吹扫腔体内设有1-3组气体吹扫管。
3.根据权利要求1的用于碳纤维连续化生产的在线除湿去氧装置，其特征在于：所述气体吹扫管沿长度方向每隔5mm-50mm打一φ1-10mm孔或者开宽度为0.1-5mm的狭缝。
4.根据权利要求1的用于碳纤维连续化生产的在线除湿去氧装置，其特征在于：所述气体吹扫管上下间距为5-20mm。
5.根据权利要求1的用于碳纤维连续化生产的在线除湿去氧装置，其特征在于：所述气体吹扫管沿轴向旋转调整气体对吹角度为0-90°。
6.应用根据权利要求1-5任意一项装置的方法，其特征在于：碳化炉的入口经法兰与除湿去氧装置的出口管相连接，旋转上下气体吹扫管，调整气体吹扫管上气体对吹角度；气体加热器将氮气加热到100-120℃后经气体吹扫管进入吹扫腔体内；丝束大小为2-6K的聚丙烯腈纤维经过本装置后进入碳化炉进行碳化；含有水分和氧的氮气经废气排放口和纤维入口排出。
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