CN105133092A - 用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，碳纤维丝碳化工艺，包括预氧化、预碳、高碳、表面处理、上浆步骤，在预氧和预碳之间增加一预氧化丝氮气吹扫步骤；吹扫步骤是用氮气量50m³/h，氮气温度150-200℃；氮气吹扫装置包含上壳体和下壳体，上下壳体的左侧通过铰链201连接，完成上下壳体固定。本发明的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置完成了高分子有机纤维在无氧条件下的固相碳化过程，提高了碳纤维的物理性能指标，也提高了碳收率，降低了生产成本，增加了经济效益；降低预氧化丝进入碳化炉前湿度的装置；降低预氧化束丝在进入碳化炉前氧含量的装置。

Description

用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置

【技术领域】

本发明涉及碳纤维生产设备技术领域，具体地说，是一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置。

【背景技术】

碳纤维是含碳量高于92％的无机高分子纤维。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低。用碳纤维复合的工程材料优于金属材料，其抗拉强度高于钢材的3-4倍，耐疲劳高2倍，重量比钢材轻3-4倍，热膨胀小4-5倍。石墨纤维可以做到零变异。碳纤维被广泛应用于国防、航天航空、导弹、隐形飞机和大型客机，高速轨道交通、船泊、体育用品、化工机械、电力设施、纺织机械和医疗器械等领域。

碳化工艺中，首先将线性分子结构的PAN基碳纤维原丝送入预氧化炉，经加热产生化学和物理反应后，纤维内部结构转化为耐热的梯型结构后，送入碳化炉，在无氧下进行固相碳化，形成具有乱层石墨结构的无机高分子纤维。

纤维在碳化时，碳化炉内微氧含量要低于5PPm，微氧量超标，将影响碳纤维的性能指标，碳收率降低；所以控制预氧化丝束内部氧含量是制取高性能碳纤维的首要条件之一。

综上所述，提高碳纤维的性能指标，必须解决预氧化束丝内在进入预碳时的微氧含量。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，碳纤维丝碳化工艺，包括预氧化、预碳、高碳、表面处理、上浆步骤，其特征在于，在预氧化和预碳之间增加一预氧化丝氮气吹扫步骤；吹扫步骤是用氮气量50m³/h，氮气温度150-200℃；氮气吹扫装置包含上壳体和下壳体，上下壳体的左侧通过铰链连接，完成上下壳体固定。

在上壳体和下壳体的中间位置设置一个预氧化丝吹扫通道，在预氧化丝吹扫通道的左端设置进丝口，在预氧化丝吹扫通道的右端设置出丝口。

在上壳体的右侧设有两个手柄可自如开关。

氮气导流孔分布均匀在吹扫通道的上下壁。

氮气导流孔的孔径为5mm，孔间距为50mm。

在上下壳体分别设有一个加热腔室。

所述的加热腔室设有保温层；保温层位于加热腔室的中间位置。

所述的保温层的厚度10-20cm。

加热腔室设置4KW的电加热棒，电加热棒固定于加热腔室的水平中间位置。

所述的氮气入口的数目为六个，分别安装与上下壳体的左侧，每个壳体3个入口，安装位置均分。

所述的氮气入口由对应有10m³/h的转子流量计控制，具体六个10m³/h的转子流量计控制来控制相应的氮气入口。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明提供一种降低预氧化丝进入碳化炉前湿度的装置。

本发明提供降低预氧化束丝在进入碳化炉前氧含量的装置。

【附图说明】

图1为本发明碳化工艺流程图；

图2本发明预氧化丝氮气吹扫装置的俯视图；

图3为图2中A-A位置的剖视图；

图4为图2中B-B位置的剖视图；

附图中的标记为：001-氧化步骤，002-预氧化丝氮气吹扫装置，003预碳步骤，201-铰链，202-手柄，203-电加热棒，204-氮气导流孔，205-纤维吹扫通道，206-氮气进口，207-保温层，208-进丝口，209-出丝口。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置的具体实施方式。

实施例1

请参见附图1，2，3，4，一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，碳纤维丝碳化工艺，包括预氧化、预碳、高碳、表面处理、上浆步骤，在预氧和预碳之间增加一预氧化丝氮气吹扫步骤；

所述的吹扫步骤是用氮气量50m³/h，氮气温度150-200℃。

所述的氮气吹扫装置包含上壳体和下壳体，上下壳体的左侧通过铰链201连接，完成上下壳体固定。

在上壳体和下壳体的中间位置设置一个预氧化丝吹扫通道205，在预氧化丝吹扫通道的左端设置进丝口208，在预氧化丝吹扫通道的右端设置出丝口209。

在上壳体的右侧设有两个手柄202可自如开关。

氮气导流孔204分布均匀在吹扫通道的上下壁。

氮气导流孔的孔径为5mm，孔间距为50mm。

在上下壳体分别设有一个加热腔室。

所述的加热腔室设有保温层207；保温层位于加热腔室的中间位置。

所述的保温层的厚度10-20cm。

加热腔室设置4KW的电加热棒203，电加热棒固定于加热腔室的水平中间位置；

所述的氮气入口206的数目为六个，分别安装与上下壳体的左侧，每个壳体3个入口，安装位置均分。

所述的氮气入口由对应有10m³/h的转子流量计控制，具体六个10m³/h的转子流量计控制来控制相应的氮气入口。

本发明的碳化工艺，主要是解决预氧化束丝内在进入预碳时的微氧含量；为此，在现有的碳化工艺上，进行的技术改进。

如图1所示，本发明的碳化工艺是在001预氧步骤和003预碳之间，增加002氮气吹扫步骤。

本发明的氮气吹扫装置002，有两个半壳组成，分别有独立的氮气加热器和氮气导流设置，可与预碳装备无缝连接。

本发明的装置有6个206氮气入口，分别有氮气转子流量计控制，每半壳：额定氮气量25m³/h，额定加热功率4kw，额定温度200℃。

本发明的碳化技术在于预氧化束丝在进入预碳时，在200℃，50m³/h氮气的吹扫下，达到了清除预氧化束丝的湿度和内部微氧的存在。

本发明的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置完成了高分子有机纤维在无氧条件下的固相碳化过程，提高了碳纤维的物理性能指标，也提高了碳收率，降低了生产成本，增加了经济效益。

本发明提供一种降低预氧化丝进入碳化炉前湿度的装置。

本发明提供降低预氧化束丝在进入碳化炉前氧含量的装置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，其特征在于，碳纤维丝碳化工艺，包括预氧化、预碳、高碳、表面处理、上浆步骤，在预氧化和预碳之间增加一预氧化丝氮气吹扫步骤；吹扫步骤是用氮气量50m³/h，氮气温度150-200℃；氮气吹扫装置包含上壳体和下壳体，上下壳体的左侧通过铰链连接，完成上下壳体固定。

2.如权利要求1所述的一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，其特征在于，在上壳体和下壳体的中间位置设置一个预氧化丝吹扫通道，在预氧化丝吹扫通道的左端设置进丝口，在预氧化丝吹扫通道的右端设置出丝口。

3.如权利要求2所述的一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，其特征在于，氮气导流孔分布均匀在吹扫通道的上下壁。

4.如权利要求3所述的一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，其特征在于，氮气导流孔的孔径为5mm，孔间距为50mm。

5.如权利要求1所述的一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，其特征在于，在上下壳体分别设有一个加热腔室。

6.如权利要求5所述的一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，其特征在于，所述的加热腔室设有保温层；保温层位于加热腔室的中间位置。

7.如权利要求6所述的一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，其特征在于，所述的保温层的厚度10-20cm。

8.如权利要求5所述的一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，其特征在于，加热腔室设置4KW的电加热棒，电加热棒固定于加热腔室的水平中间位置。

9.如权利要求1所述的一种用于碳纤维生产的碳化工艺及预氧化束丝氮气吹扫装置，其特征在于，氮气入口的数目为六个，分别安装与上下壳体的左侧，上下每个壳体三个氮气入口，安装位置均分。