CN104981562A - 用于制造碳纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于制造碳纤维束的方法，其包括如下步骤：提供至少一种前体物料；使该至少一种前体物料机械稳定化；以及，将经过机械稳定化的前体物料随后引入至少一个热处理设备中，用于将所述至少一种前体物料转变为至少一个碳纤维束。另外，提出一种用于制造碳纤维束的设备，其包括：至少一个氧化炉和一个用于使前体物料碳化成碳纤维束的后续的碳化设备，其中，在所述至少一个氧化炉上游接有用于使引入氧化炉中的前体物料机械稳定化的稳定化设备。

Description

用于制造碳纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造碳纤维的方法以及一种用于制造碳纤维的设备。
背景技术
碳纤维(Kohlefaser)-或者也称为碳材料纤维(Kohlenstofffaser)或碳素纤维(Carbonfaser)-用于增强所有类型的塑料构件。特别是在航空制造业中，以及还要广泛地在汽车工业中使用这种材料，为的是提供特别轻便然而又非常结实的构件。
碳纤维的制造在复杂的工艺链中实施。简单说来，制造工艺过程开始于生产所谓的“前体物料”，该前体物料用作碳纤维的真正的制造工艺过程所用的输入材料并且通常具有纺织纱线的特征，该纱线包括大量的单丝。前体物料由前体物料制造商生产，并且为了将它们运到碳纤维生产商处用于再加工而在其制造之后通常缠绕在运输筒管上。
由碳纤维生产商实施的再加工在特殊的生产线中进行并且包括氧化处理，前体物料接受该氧化处理。为此，前体物料首先从运输筒管开卷展开，然后经过一个炉(氧化炉)内的第一热处理，在该炉中交替地对前体物料加热以及随后进行冷却。接着，前体物料在所谓“碳化”的范围内接受温度在1600至1900℃之间的第二热处理，以便通过化学转变而由前体物料生产碳纤维束。
通常，在前体物料的制造范围内进行所谓“缠结(Entanglement)”，亦即对前体物料的单丝的搅动。在此，通常是对单丝的在很大程度上平行的取向进行相互有针对性的“搅动”，以便为了实现更好的可加工性使前体物料机械稳定化。单丝的搅动程度对于碳纤维制造中稳定的可加工性具有很大影响并且因而构成了对于碳纤维和由此生产的产品的一项重要影响因素。
基于此而做出了很大努力，为的是尽可能最大限度地获得机械稳定化，尽管在制造中以及在随后缠绕于运输筒管上时、在包装中和在从前体物料制造商到碳纤维生产商的运输中前体物料有多次转变。目标不是要保留机械稳定化的效果，而是要能够实现在制造碳纤维时稳定的可加工性。
对于以后的开卷展开以及为了由展开的前体物料生产碳纤维束往碳化工艺过程中的输送，同样也是如此。
尤其是前体物料制造商的工艺参数和在所述加工处理步骤期间的机械负荷对于在引入/开始碳化工艺过程时余留下来的机械稳定化的程度起着决定性的作用。
发明内容
因此本发明的目的是：简化碳纤维制造的工艺过程并改善前体物料的机械稳定化。
此目的利用如权利要求1所述的方法以及具有权利要求4特征的设备得以实现。
据此提出了一种用于制造碳纤维束的方法，其包括如下步骤：
-提供至少一种前体物料，
-使该至少一种前体物料机械稳定化，和
-将经过机械稳定化的前体物料随后引入至少一个热处理设备中，用于将所述至少一种前体物料转变为至少一个碳纤维束。
也说是说，首先使一种或多种前体物料机械稳定化并将其输送给一个或多个热处理设备。这一点应该如下地理解：这两个步骤彼此相接、亦即在同一生产线内部依次相继地实施。通过这种方式，一方面可以保证：前体物料经过充分机械稳定化后被引入热处理设备中并且由此为后续的碳化做好准备。
证实为特别优点的是：通过机械稳定化和随后引入的步骤组合，前体物料可以个性化地适配于后续的加工处理。因此可以与可能实施的对前体物料的预处理无关地在其制造当中将机械稳定化条件按需要加以适配并在必要时作出变动，从而能够鉴于以后的工艺特性和产品特性进行适应性控制和针对性匹配。由此可以放弃在前体物料制造范围内的机械稳定化，或者可以事后使在其范围内已经进行的稳定化得到适配和改善。
作为热处理设备，例如应该理解为一个或多个用于使前体物料氧化的氧化炉和/或至少一个用于使前体物料碳化的碳化设备。
根据一种实施方式，所述提供的步骤包括将至少一种前体物料从至少一个筒管开卷展开。换言之，那就是说对于此方法在筒管上提供前体物料，随后从所述筒管上开卷展开前体物料，并且在该前体物料在氧化炉内氧化或者在碳化设备内碳化之前使其接受后续的稳定化步骤。
优选地，所述机械稳定化的步骤可以直接在所述随后引入至少一个热处理设备中之前进行。在此，作为所说“直接”，应该理解成在空间上和时间上直接彼此相继的步骤顺序，因而未设置用于加工前体物料的实质性中间步骤。当然，从中并不排除在中间穿插的前体物料转变。
根据另一实施方式，机械稳定化的步骤可以包括搅动前体物料的单丝。通过搅动单丝，例如通过空气射流，可以-如同前面已经表示的那样-改变前体物料的特性。特别是，比起前体物料的单丝未加搅动的情况，搅动能够实现在碳纤维束制造时更加稳定的可加工性。作为补充，在纺织再加工处理的范围内获得所生产的碳纤维束的更加均匀的可加工性和用于注射基质的提高的注射特性。
因此，可以利用所说明的方法，在引入到氧化炉中之前短时间内(也就是在即将引入氧化炉时)决定性地和有针对性地对所生产的碳纤维束的以后的特性施加影响。
另外，还提供一种用于制造碳纤维束的设备，其包括：
-至少一个氧化炉，和
-用于使前体物料碳化成碳纤维束的后续的碳化设备，
其特征在于：在所述至少一个氧化炉上游接有用于使引入氧化炉中的前体物料机械稳定化的稳定化设备。
该设备也就代表着一条生产线的至少一部分，利用该生产线可以实施前面所说明的工艺方法，并且通过这种方式-正如前面表示的那样-可以有针对性地对所生产的碳纤维束的以后的特性施加影响。
例如，所述稳定化设备可以(就设备的输送方向而言)直接设置在所述至少一个氧化炉前面。那就是说，所述稳定化设备在空间上定位在氧化炉的直接近旁，因而也能够实现一种在时间上直接彼此相继的步骤顺序，而无其他中间步骤。当然并不因此排除在其间发生的一些转变。
附图说明
下文将参照附图借助实施例进一步详细地阐述本发明。
具体实施方式
附图示出了用于制造碳纤维束11的设备10的示意图，包括两个热处理设备12、13-形式上为氧化炉12和后续的用于使前体物料14碳化成碳纤维束11的碳化设备13，其中，前体物料14在所示实施方式中在筒管15上提供并从这个筒管上开卷展开。
在氧化炉12上游接有一个用于使引入氧化炉12中的前体物料14机械稳定化的稳定化设备16，方式是：使该稳定化设备16直接设置在氧化炉12前面(并由此接着用来提供前体物料14)。
由此可以直接在随后引入前体物料14之前实施该前体物料14的机械稳定化并由此使得该前体物料个性化地适配于后续的加工处理。
当然，用于制造碳纤维束11的设备10还可以包括其他一些部件(未示出)，特别是用于继续加工处理所生产的碳纤维束11。

Claims (6)

1.用于制造碳纤维束的方法，其包括如下步骤：
-提供至少一种前体物料，
-使该至少一种前体物料机械稳定化，和
-将经过机械稳定化的前体物料随后引入至少一个热处理设备中，用于将所述至少一种前体物料转变为至少一个碳纤维束。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述提供的步骤包括将所述至少一种前体物料从至少一个筒管开卷展开。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述机械稳定化的步骤直接在所述随后引入至少一个热处理设备中之前进行。
4.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其中，所述机械稳定化的步骤包括搅动前体物料的单丝。
5.用于制造碳纤维束的设备，其包括：
-至少一个氧化炉(2)，和
-用于使前体物料(14)碳化成碳纤维束(11)的后续的碳化设备(16)，
其特征在于：在所述至少一个氧化炉(12)上游接有用于使引入氧化炉(12)中的前体物料(14)机械稳定化的稳定化设备(16)。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于：所述稳定化设备(16)直接设置在所述至少一个氧化炉(12)前面。
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