CN103890251B - 用来制造碳纤维的工艺和用于执行该工艺的设备 - Google Patents

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Abstract

一种用来制造碳纤维的工艺和其设备，这种过程包括PAN前体纤维的第一纺丝步骤和所述纤维的第二氧化/碳化步骤。纺丝和氧化/碳化步骤直接串联且连续地进行，并因此在两个步骤之间没有PAN前体的任何储存缓冲区域。纺丝步骤在低速下进行，从而在拉伸操作的下游，来自纺丝步骤的输出速度是落在随后氧化/碳化步骤中的适当处理速度的范围内的速度。另外，纺丝步骤按模块方式在多个纺丝模块（M）上进行，这些纺丝模块以一排或多排（A、B）排列，每个纺丝模块（M）具有不高于纺丝步骤的整个生产率的10%的生产率。在任何单个纺丝模块（M）中，在纺丝区域下游的纤维通过偏转和驱动辊（3-5），在水平方向上和在竖向方向上都遵循之字形直线路径，沿这些路径进行各种纺丝处理。最终从每个纺丝模块（M）出来的纤维丝束并排地布置，而相对于其前进方向不经历横向偏差，以形成向氧化/碳化步骤供料的单个带（N）。

Description

用来制造碳纤维的工艺和用于执行该工艺的设备
技术领域
本发明涉及一种用来制造碳纤维的改进的工艺。
背景技术
碳纤维（CF）-由爱迪生在1879年寻找适用于白炽灯的灯丝时、在棉线的碳化时首次发现-仅在1960年通过一种制造过程才出现在市场上，这种制造过程由William Watt为在英国的皇家飞机而设计，从聚丙烯腈纤维（PAN）的转化开始。
碳纤维包括连续的或者预定长度的细丝（切段纤维），这些细丝具有5-10μm的直径，主要包括碳原子。碳原子在晶体矩阵中相互键合，其中，各个晶体沿纤维的纵向轴线对准到较小或较大程度，因而赋予纤维与其尺寸相比异常高的耐受性。
然后将数千根碳纤维相互聚集，以形成线或丝束（或粗纱），该线或丝束然后可按原样使用，或者在织机中进行机织以形成织物。如此得到的纱丝或织物用树脂浸渍，典型地用环氧树脂浸渍，并且然后模压，以得到特征在于高轻便性和高耐受性的复合制品。
碳纤维代表在有机和无机纤维之间的过渡点；其实，它们从有机纤维开始而生产，这些有机纤维通过热处理和热解而改性，在这些热处理和热解期间，首先引起在各根纤维内分子段的重新定向，并且随后，在更高温度下发生氧、氢的移除及氮的大部分的移除，从而最终纤维包括超过90%和高达99%的碳，并且其余部分是氮。
与玻璃纤维的可得到性一起，在碳纤维的市场上的可得到性已经导致复合材料的使用达到不断增长的程度。具体地说，通过使用碳纤维，已经可能的是，设计出具有高级机械性能的复合材料，考虑到这种材料的高成本，初始用于军事和/或航空领域，并且随后随着制造工艺的改进和生成成本降低，也用于能源工业的产品（加压罐、风力发马达叶片、燃料电池、海上平台）、运输业的产品（列车、汽车、船舶）以及娱乐业的产品（用来进行体育运动的工具和设备）。尽管对于今天已经有的这个最后应用领域，市场显得充分地发展，但在航空领域中，并且特别是在工业领域中，在下个5年时段中，预期需求显著增大，并因此需要扩展制造设备的现有集合。
碳纤维当前通过人造纤维（工业用人造丝、实验用木质素）或合成纤维（用于世界输出的至少90%的聚丙烯腈，但也还有PBO和实验上的其它热塑性纤维）或油或焦油（沥青）的蒸馏的残余物的改性而制造。第一种碳纤维传统上叫做PAN衍生碳纤维，而第二种碳纤维叫做沥青衍生碳纤维。这种最后类型的纤维常常不适当地称作“石墨纤维”，尽管当然它们不是由石墨得到的纤维，用以强调如下事实：当这样的纤维经受2000℃以上的热处理时，它们最终呈现与石墨的典型碳原子排列非常相似的碳原子排列，并且在网线中大体上没有其它元素。
在PAN衍生碳纤维的情况下（其中构造本发明的领域），开始的聚丙烯腈纤维（所谓的前体）的特征必须在于适当的化学成分，在于特殊分子定向以及在于特定形态，从而由其可以得到具有满意特征的最终碳纤维。为了将CN的晶化反应的放热水平控制成等于18卡/摩尔的目的化学成分也是重要的，该反应是一种代表丙烯腈纤维的第一处理步骤的反应。在机织品-衍生设备中，前体典型地被批量生产，并且将各根纤维收集在纤维束或丝束中，这些纤维束或丝束包含高达300,000根单个丝；在这种类型的设备中生产的较小丝束包含例如48,000根丝（所谓的48K）。同时，存在专门为制造低但尼尔丝束而设计的设备，其中，生产按具有1K、3K、6K及12K的丝束的制造的小或中等规模而发生。在这种情况下，各个丝束可相互聚集，以在碳化过程的结束时形成更大丝束，例如24K或48K丝束。在第一类型的设备中生产的碳纤维具有较低生产成本，该较低生产成本由该设备的高生产容量给出，但它们具有较小程度的规则性，并且它们因此较好地适用于工业用途。而在第二类型的设备中生产的碳纤维较规则，并且由航空工业更加赏识，在航空工业，已经有使用较小碳纤维丝束的固化习惯。
PAN纤维的晶化反应如以上叙述的那样，代表碳化过程的第一步骤。它在空气中、在200-295℃（在当前实践中的220-275℃）进行数小时，并且得到黑色耐火材料-所谓的氧化PAN，这种黑色耐火材料呈现相当差的机械性能，并且意味着实际上用于防护衣、耐火填料、或在碳-碳复合物中重型制动器（用于飞机、赛车以及高速列车）的生产。
在200-295℃下的晶化步骤期间，非常重要的是，检查纤维收缩，因为在这个步骤中，确定沿纤维轴线的分子段的对准，碳纤维的最终弹性模量取决于这种定向。赋予原始晶体纤维的分子定向影响最终碳纤维的韧性和弹性模量；然而，定向程度不必过分高，因为在这种情况下，在表面和在纤维内都引入缺陷。
如此氧化的PAN纤维因此经历随后的碳化过程，该碳化过程一般地在惰性气氛中进行，在该碳化过程期间，随着最终石墨结构的产生，发生外来原子从碳结构中的移除。碳化过程一般分两个步骤发生：第一低温步骤（在当前实践中的350-950℃、400-900℃）和第二高温步骤（在当前实践中的1000-1800℃、1000-1450℃）。在碳化过程的全部步骤期间，因此产生HCN、NH3及N2，并且依据O2的量也可能产生CO、CO2及H2O，PAN纤维在200-295℃在空气中的碳化期间已经键合该量的O2。在超过1000℃的热处理之后，PAN纤维已经转化成碳纤维，该碳纤维包含约95%的碳和5%的氮。在碳化过程期间，纤维经受横向收缩，该横向收缩意味着直径减小，该直径减小具有其初始重量的约50%的损失；对应纵向收缩则几乎完全机械地受到阻碍，并且较大分子定向对应产生，这有助于机械性能的改进。
在这个过程的下游，在范围在2000与2600℃之间的温度下，当然始终在没有活性气体的情况下，可以提供进一步热解处理，该进一步热解处理取得石墨化过程的名称，在该石墨化过程期间，排出残余氮百分比，并且纤维的碳含量升高到超过99%。已经经历这种进一步处理的碳纤维呈现甚至更好的机械性能，然而在高得多的成本下，因此留给特殊用途。
在碳化过程结束时，碳纤维经历清洁表面处理和用来附接功能团的处理，以便在复合材料的随后形成时使纤维对于树脂基体的粘合容易；为了这个目的，多个制造商使用电解氧化过程。最终，在如此处理的纤维上，进行尺寸加工或精加工，以便使缠绕到线轴中的损坏最小以及进一步改进对于树脂基体的纤维粘合，纤维意味着要嵌在该树脂基体中。
碳纤维当前根据两步骤过程方案而生产，其中，所述步骤彼此完全分离。其实，在过程的第一步骤中（常常在离其中过程的第二步骤发生的设备实际很远的设备中进行），其实，在设备中生产前体PAN纱丝，这些设备在概念上从专用来用于织造目的的传统纺丝的那些设备中衍生出，并且引入变型以得到最终纱丝，该最终纱丝具有最好地适用于随后碳化步骤的特征。具体地说，这些设备是高速纺丝设备，这些高速纺丝设备具有高达150m/min（“湿法纺丝”过程）、高达500m/min（“干喷湿法纺丝”过程）或高达1000m/min（“干法纺丝”过程）的纤维输出速度，最低速度因此象征着在溶剂槽中的纺丝，并且最高速度象征着干法纺丝。如此生产的纱丝缠绕成重达500kg的线轴，这些线轴然后存储，并且随后发送到设备，在这些设备处，过程的第二步骤发生，即碳化步骤发生。这种类型的纺丝设备通常处理不高于50的丝束数量，以限制在丝束断开情况下设备的效率降低，这些断开可能需要整个设备的临时暂停以便其修理。
在过程的第二步骤中，改为进行对于前体进行热处理，以得到其环化、碳化及可能的石墨化。过程的该第二步骤在设备中进行，该设备包括初始大尺寸粗纱架，在该初始大尺寸粗纱架上，安装来自纺丝设备的前体纤维线轴，在其下游，布置氧化、碳化及可能石墨化炉。由于这些热处理要求相当长的驻留时间，因此为了将设备的尺寸限制到工业可接受极限，在过程的这个第二步骤中的碳纤维的处理速度比在纺丝步骤中低得多，例如范围在5与20m/min之间，并且同时处理丝束的数量相应地较高，典型地高达600个丝束。
碳纤维的制造过程从其最开始处已经在包括两个分离过程步骤的版本中表达，并且由于过程的两个步骤的速度和流量参数的明显不相容性，全部其随后发展都保持在这样一个版本中。其实，考虑到传统纺丝设备可同时生产高达最大50根纱条，可能在理论上已经需要的是，将大约6条纺丝生产线并排成直接供给单个碳化设备；然而，由于每条传统纺丝生产线具有非常显著的尺寸（例如高达100m的长度），因此这种解决方案可能意味着，会聚成碳化设备的单一进给的6条纺丝生产线的布置，这从设备工程观点看显然不可行。
另一方面，这种解决方案从经济观点看可能也是低效的，因为6条纺丝生产线的每一条可能必须在非常低的速度下操作，即与碳化步骤之一相同，因此具有在设备成本和生效率之间的完全不适当的比率。
鉴于以上已经叙述的事实，具有两个分离步骤的工艺尽管其存在明显的技术和经济问题，因此仍将其本身作为一种强制解决方案。
两步骤过程的第一显著技术缺陷由前体丝束的线轴缠绕而产生，并且具体地说，由丝束在这种操作中通过导向横向装置经历的循环压缩而产生，该导向横向装置其实在随后氧化反应中引起不均匀氧化。第二同样显著的经济缺陷也与前体丝束的线轴缠绕操作相关。其实，这种操作以及用于存储线轴的随后相关操作组成碳纤维生产设备的安装和管理成本的重要部分，这些用于存储线轴的随后相关操作将线轴运输到碳化设备，并且最终将线轴插入在粗纱架上，从而向该设备供料。
最后，前体的传统纺丝生产线的进一步缺陷是其不良灵活性，该不良灵活性与丝束的生产相关，这些丝束与设计的数量相比具有较低数量的丝。其实，由于在相应驱动辊上在这些丝束之间的适当间隙的需要，这样的丝束在纺丝生产线的总但尼尔是相同的情况下，占据辊宽度的一部分，这部分比由高但尼尔丝束占据的辊宽度的部分大。然而，丝束的驱动辊的宽度，由于明显的技术和经济原因，具有精确尺寸限制，并且这种尺寸限制因此意味着，在速度和生产线技术是相同的情况下，当涉及低但尼尔丝束生产时丝束的制造能力的显著降低。发明内容
本发明的目的因此是，提出一种碳纤维的制造过程，这种制造过程没有这些缺陷，并且这种制造过程特别是允许避免在碳化步骤之前前体的线轴缠绕步骤，因此保证了进入碳化步骤的丝束的完美均匀性，并且消除涉及在传统2-步骤过程的两个设备之间的PAN前体线轴的加载/卸载管理的成本和空间占据。
本发明的另一个目的是提出一种碳纤维制造过程，这种碳纤维制造过程甚至在低但尼尔丝束（例如低于1K）的情况下以及在丝的低线性密度（例如低于1dtex）的情况下，也具有高生产灵活性。
同样，本发明的进一步目的是提出一种碳纤维制造过程，这种碳纤维制造过程在纺丝步骤中存在丝束断开的情况下，也保持高的制造效率。
以上所述的全部目的通过一种过程和由一种设备实现，这种过程具有在所附的权利要求1中限定的特征，这种设备具有在权利要求8中限定的特征。在从属权利要求中，限定了本发明的另外特征。
附图说明
本发明的进一步特征和优点在任何情况下由本发明的优选实施例的如下详细描述将是更显然的，该详细描述纯粹作为非限制性例子给出，并且示出在附图中，在这些附图中：
图1是根据本发明用于碳纤维的制造设备的纺丝部段的立体和示意整体视图；
图2是图1的纺丝部段的端部部分的详细立体图；
图3是示意前视图，它按放大比例示出了图1的纺丝设备的两个模块；及
图4是在图3中示出的两个模块的斜轴测图。
具体实施方式
本发明人通过本发明要实现的目的是，将碳纤维的传统制造过程的两个分离步骤组合在单个串联过程中，由此得到一种过程，在这种过程中，在纺丝部段中生产的PAN前体纤维可直接供给到碳化部段，因此在纺丝步骤与氧化/碳化步骤之间没有任何类型的PAN前体纤维的储存缓冲。其实，仅通过实现这个目的，就已经可以完全实现本发明的主要目的。
这种将传统过程的两个步骤直接组合成单个串联过程的原因在本描述的序言部分中已经描述，这种组合根据现有技术既不是可能的，也不是可想像的。
本发明的发明人因此已经决定，使他本身完全远离传统手段，并且已经设计出一种新的碳纤维制造过程，这种新的碳纤维制造过程使PAN前体纤维的纺丝步骤的特征在于如下这些基本革新元素：
-在最终拉伸步骤中的低的输出速度，即在随后氧化/碳化步骤中落在适当处理速度的范围内的速度（当前是5-20m/sec）；
-纱丝处理路径，该纱丝处理路径在高度紧凑区域中形成，利用水平和竖向之字形纤维路径；
-模块式纺丝设备，其中，每个单个模块相对于整个过程生产率具有非常低生产率（2-8个丝束），这些模块可串联地联接。
纺丝设备的示意图示出在图1和2中，而各个纺丝模块的细节示出在图3和4中，在该纺丝设备中，实施以上报告的革新元素，并且通过该纺丝设备因此可进行本发明的工艺。
如可在附图中看到的那样，示出的纺丝设备包括两个系列的纺丝模块A和B，该纺丝设备是本发明的示例性、非限制性实施例，这两个系列的纺丝模块A和B分别上下布置，并且每一个包括22个相邻纺丝模块M。纺丝模块M的每一个例如能够生产PAN前体的812K丝束。
考虑到每个单个模块的生产率和设备的碳化部段的所需进给流量，计算设备模块M的整个数量。每个单个模块M的生产率优选地低于纺丝部段的整个生产率的10%，更优选地低于该整个生产率的5%以及甚至更优选地低于该整个生产率的2.5%。
根据本发明的特别感兴趣特征，组成模块系列A和B的每一个的各个模块M相对于彼此在横向方向上稍微偏置一与丝束的整个最终宽度准确相对应的长度，这些丝束由每个模块M生产，所述丝束的整个最终宽度在示出的例子中是约41mm。由此由模块生产的丝束相对于由随后的模块M生产的丝束可准确地并排布置，而不会将任何横向偏差施加到丝束上，从而在模块系列A和B的每一个的结束处得到连续带NA、NB，该连续带NA、NB由8×22=176个丝束形成，并因此具有约900mm的整体宽度。
两个模块系列A和B此外在横向方向上精确地相互偏移这样的距离，从而通过适当布置的并条辊组件R使得从上方模块系列B出来的丝束带NB可相对于从下面模块系列A出来的丝束带NA并排布置（该并条辊组件R在这种情况下也不将任何横向偏差施加到带NA和NB上），从而形成连续丝束带，该连续丝束带具有1800mm的宽度，该宽度是用来给碳化部段的随后气体炉F供料的典型带尺寸，该部段因此保持与传统过程的部段完全相同。重要的是要强调，在纺丝过程期间并因此在直到氧化/碳化炉F的运输过程期间完全没有施加在PAN前体纤维上的横向偏差，允许避免其任何不均匀性，这种不均匀性将不可避免地转换成从所述PAN前体纤维衍生的碳纤维的不规则晶体结构，并因此在最后分析中，转换成其非最佳机械特征。
如以上叙述的那样，纺丝过程发生在比传统设备低得多的速度下，并且具体地说所处的速度使得从纺丝部段出来的丝束带NA+NB（即在拉伸操作之后）具有传统设备的氧化部段F的进口速度，即范围典型地在5到20m/min之间的速度。
每个单个纺丝模块M的结构由图3和4是立即可理解的，图3和4示出了其优选实施例。
在每个模块M的下部部分中，布置纺丝箱1，该纺丝箱1包含PAN纤维的凝聚槽，在纺丝箱1中浸泡有2到8个纺丝头2，这些纺丝头2并排地布置。由从纺丝头2出来的丝形成的丝束从纺丝箱1收集，并因此引导到路径中（该路径不像在传统纺丝设备中出现的路径），该路径形成在水平方向和竖向方向两者上，在一系列独立马达驱动辊3、4及5上具有之字路径。在示出的实施例中，8条直线子水平路径形成在相对的辊对3之间，并且沿相同路径，通过一系列装置进行全部所需操作，即PAN前体纤维的洗涤、拉伸、干燥、稳定及修整（这个系列的装置本质上由本领域的技术人员已知，并且因为这个原因，这里不再详细地描述），使通过这个系列的装置形成的纤维行进，同时使它们经受不同水溶液的作用。
具体地说，在辊3之间的最初两条直线路径中，在纺丝箱1的紧下游，进行凝聚后和拉伸前处理，在四条随后的紧接路径中，进行洗涤和湿-拉伸处理，而在两条最后路径中，进行表面修整处理。在这个系列处理的结束时，将形成的纤维丝束-它们同时已经到达模块M的顶部处，根据直线竖向路径带回同一模块的底部，该直线竖向路径在第一对拉伸辊4和第二对拉伸辊5之间延伸；对辊对4进行加热，从而当在其上通过时，使纤维干燥并引起致密（致密=在张力和热量下，由于由溶剂移除产生的其可能的气泡结构的溃缩而导致的纤维密度增大）。
沿辊对4和5之间的直线路径，还提供蒸气拉伸装置6，使纤维穿过该蒸气拉伸装置6，以便经历由在辊对5与辊对4之间的转速差确定的最终拉伸。将PAN纤维的丝束从辊对5在通过蒸气退火装置7的第二竖向直线路径中最终被带回到模块M的顶部部分，并且最终从这里，将它们与来自相同系列A或B的之前或随后纺丝模块M的那些纤维一起发送到氧化部段。
由于在低速度下进行纺丝的事实，处理路径的长度可以特别短，然而保持在各个纤维处理装置内的满意恒定时间。这允许将纺丝模块M的整体尺寸限制到特别低的值；作为例子，在示出的实施例中，模块的纵向尺寸，或者更精确地说在两个顺次模块之间的节距是1250mm，而模块的高度在2200mm以下。
由于在模块M的每一个中存在纤维的较低生产，因此辊3-5的宽度可容易地将尺寸设计成使得容纳更大数量的较低但尼尔丝束或者容纳更大数量的包括具有低线性密度的丝的丝束，即使在其中纤维体积最高的最初纺丝步骤中也如此，从而能够保持每个模块M的整体生产率恒定，而与处理丝束的数量和与组成所述丝束的各根丝的线性密度无关。
根据本发明的纺丝设备的整体长度因此是约30米，也包括并条辊组件R，该并条辊组件R设置成将带NA和NB并排地布置，并且进给到氧化部段F。这样的整体长度不仅比当前使用的纺丝设备的整体长度短得多，而且甚至与给传统碳化设备供料的单个粗纱架类似。因此使用根据本发明的工艺和设备，可能的是，就完成产品的质量和其成本两者而言，以非常低成本和以显著的效率提高而革新现有设备的操作。
其实，由以上报告的详细描述显然的是，根据本发明的碳纤维制造过程完全实现设定的主要目的，因为其中完全消除了在纺丝步骤结束时将PAN前体缠绕在线轴上的步骤。因此，就丝束同质性而言（因此就从所述PAN前体纤维得到的碳纤维的质量而言）、以及就与PAN前体的线轴的缠绕/运输/退绕相关的设备成本和运行成本而言，清除了这样的缠绕以前决定的问题。
根据本发明的碳纤维制造过程此外还允许实现本发明的其它另外目的，并且具体地说：
-在丝束断开情况下显著改进的效率，因为在这种情况下，没有必要如在传统设备中发生的那样暂停纺丝部段的全部生产，而是仅影响单个模块M的生产，并且具有最小的生产率损失，该生产率损失例如在示出的实施例中等于整个生产率的约2.3%。
-高的过程灵活性，即生产丝束的能力，而没有对于生产率的不利影响，这些丝束具有低但尼尔或者具有带低线性密度的丝。其实，所提出的技术方案的模块性不会使纺丝部段的理论整体宽度受到实质性限制，该理论整体宽度等于在模块M的每个中使用的小辊3-5的宽度之和，在这些模块M上，所处理的纤维的整个但尼尔因此可保持不变，甚至以低但尼尔丝束或以具有低线性密度的丝为工作对象也如此，由此提供纺丝生产线，这些纺丝生产线比常规纺丝生产线高效得多，在这些常规纺丝生产线中，当以低但尼尔丝束为工作对象时，辊的最大宽度代表对于生产线生产率的限制，另外，以上所述的低但尼尔丝束的或者具有带低线性密度的丝的丝束的生产可仅在纺丝设备模块M的一部分中实施，这部分专门适应这个目的，由此从这个观点看也改进了设备的灵活性。
然而，要理解，不要认为本发明限于以上示出的具体实施例，该具体实施例仅代表其示例性实施例，多种变型是可能的，全部都在本领域的技术人员达到的范围内，而不脱离由如下权利要求书所限定的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种用来制造碳纤维的工艺，包括：聚丙烯腈前体纤维的第一纺丝步骤；和所述纤维的第二氧化/碳化步骤，其特征在于：
a.所述第一纺丝步骤和第二氧化/碳化步骤直接串联且连续地进行，因此在第一纺丝步骤和第二氧化/碳化步骤之间没有聚丙烯腈前体的任何储存缓冲区域；
b.所述第一纺丝步骤在低速下进行，从而在拉伸操作的下游，来自第一纺丝步骤的输出速度是落在随后的第二氧化/碳化步骤中的适当处理速度的范围内的速度；
c.所述第一纺丝步骤以模块方式在多个纺丝模块(M)上进行，这些纺丝模块以一排或多排排列，每个纺丝模块(M)具有不高于第一纺丝步骤的总生产率的10％的生产率；
d.在每个单个的纺丝模块(M)中，纺丝区域下游的纤维通过偏转辊和驱动辊在水平方向上和在竖向方向上沿着之字形直线路径行进，沿这些之字形直线路径进行各种纺丝处理；
e.从每个纺丝模块(M)出来的纤维丝束在相对于其前进方向没有横向偏差的情况下布置到从之前的和/或随后的纺丝模块(M)出来的丝束的侧部，以形成第二氧化/碳化步骤的单个进给带。
2.根据权利要求1所述的用来制造碳纤维的工艺，其中，在纺丝模块的所述排的每一个排中包括的各个纺丝模块(M)在横向方向上相对于彼此稍微偏移一与由每个纺丝模块(M)生产的丝束的整个最终宽度相对应的量。
3.根据权利要求2所述的用来制造碳纤维的工艺，其中，排列的纺丝模块(M)的所述排一个布置在另一个之上，并且每个上部排(B)在横向方向上相对于下部排(A)整体偏移一与在所述下部排(A)中制造的丝束带的整个最终宽度相对应的量。
4.根据权利要求3所述的用来制造碳纤维的工艺，还包括并条辊组件(R)，所述并条辊组件用来将在纺丝模块(M)的所述排的每一个中制造的丝束带排列在相同平面上。
5.根据权利要求4所述的用来制造碳纤维的工艺，其中，在拉伸操作的下游，来自第一纺丝步骤的丝束的所述输出速度是范围在5到20m/min的速度。
6.根据权利要求4所述的用来制造碳纤维的工艺，其中，每个纺丝模块(M)的生产率不高于该工艺的第一纺丝步骤的整体生产率的5％。
7.根据权利要求4所述的用来制造碳纤维的工艺，其中，每个纺丝模块(M)包括：
a.箱(1)，布置在纺丝模块的下部部分中，并且包含聚丙烯腈纤维的凝聚槽，在该凝聚槽中浸泡有并排排列的2至8个纺丝头(2)；
b.位于偏转辊和驱动辊之间的至少六个子水平直线路径，所述子水平直线路径从纺丝模块的下部部分行进到上部部分，沿所述子水平直线路径分别进行凝聚后处理、预拉伸处理、三次或更多次洗涤和湿拉伸处理、以及一次或更多次最终表面修整处理；
c.位于偏转辊对和驱动辊对之间的两条竖向直线路径，所述两条竖向直线路径从纺丝模块(M)的顶部到底部以及从纺丝模块的底部到顶部，沿所述两条竖向直线路径分别进行丝束的致密处理、蒸气拉伸处理以及最终蒸气退火处理。
8.根据权利要求6所述的用来制造碳纤维的工艺，其中，每个纺丝模块(M)的生产率不高于该工艺的第一纺丝步骤的整体生产率的2.5％。
9.一种碳纤维的制造设备，包括聚丙烯腈前体纤维的第一纺丝部段和所述纤维的第二氧化/碳化部段，其特征在于：
a.所述第一纺丝部段和第二氧化/碳化部段通过直接串联连接而安装，并因此在所述第一纺丝部段和第二氧化/碳化部段之间没有聚丙烯腈前体的储存缓冲区域；
b.所述第一纺丝部段包括在一个或多个排中排列的多个纺丝模块(M)，每个纺丝模块(M)具有不高于第一纺丝部段的总生产率的10％的生产率；
c.每个单个纺丝模块(M)包括多个偏转辊和驱动辊，用来在纺丝区域下游按之字形直线路径传送纤维，这些之字形直线路径在水平方向上和在竖向方向上形成，沿这些之字形直线路径进行各种纺丝处理。
10.根据权利要求9所述的碳纤维的制造设备，其中，在纺丝模块的所述排的每一个排中包括的各个纺丝模块(M)在横向方向上相对于彼此稍微偏移一与由每个纺丝模块(M)生产的丝束的整个最终宽度相对应的宽度。
11.根据权利要求10所述的碳纤维的制造设备，其中，排列的纺丝模块(M)的所述排一个布置在另一个之上，并且每个上部排(B)在横向方向上相对于下部排(A)整体偏移一与在所述下部排(A)中制造的丝束带的整个最终宽度相对应的宽度。
12.根据权利要求11所述的碳纤维的制造设备，还包括并条辊组件(R)，用来将在纺丝模块(M)的所述排的每一个中制造的丝束带排列在相同平面上。
13.根据权利要求12所述的碳纤维的制造设备，其中，在拉伸操作的下游，来自第一纺丝部段的丝束的所述输出速度是范围在5到20m/min的速度。
14.根据权利要求12所述的碳纤维的制造设备，其中，每个纺丝模块(M)的生产率不高于设备的第一纺丝部段的整体生产率的5％。
15.根据权利要求12所述的碳纤维的制造设备，其中，每个纺丝模块(M)包括：
a.箱(1)，布置在纺丝模块的下部部分中，并且包含聚丙烯腈纤维的凝聚槽，其中，浸泡有并排排列的2至8个纺丝头(2)；
b.位于偏转辊和驱动辊之间的至少六条子水平直线路径，所述子水平直线路径从纺丝模块的下部部分到上部部分行进，沿这些子水平直线路径分别进行凝聚后处理、预拉伸处理、三次或更多次洗涤和湿拉伸处理、以及一次或更多次最终表面修整处理；
c.位于偏转辊对和驱动辊对之间的两条竖向直线路径，所述两条竖向直线路径从纺丝模块(M)的顶部到底部以及从纺丝模块的底部到顶部，沿所述两条竖向直线路径分别进行丝束的致密处理、蒸气拉伸处理以及蒸气退火处理。
16.根据权利要求14所述的碳纤维的制造设备，其中，每个纺丝模块(M)的生产率不高于设备的第一纺丝部段的整体生产率的2.5％。
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