CN114277464A - 一种碳纤维生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维生产装置，属于碳纤维技术领域。包括炉体、预布风器、电加热板、传送辊、固定辊、固定支架、活性碳颗粒、送风机构、温度控制系统、过滤网和空气门机构，送风机构设置于炉体底部，预布风器设置于送风机构的出风口，炉体的中部设置有固定支架，支架为上下两层设置，传送辊固定在之间之间，过滤网设置于固定支架上方，电加热板设置在固定支架的下方，活性碳颗粒设置在电加热板上，温度控制系统设置在炉体上，空气门机构设置于炉体上，固定辊设置于空气门机构外部。本发明采用活性炭流态化的形式对碳纤维原丝预氧化，能耗低，导热率高，能够满足碳纤维原丝在碳化前的预氧化使用需求。

Description

一种碳纤维生产装置

技术领域

本发明涉及碳纤维技术领域，具体为一种碳纤维生产装置。

背景技术

纤维由碳元素组成的一种特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量，在碳纤维的生产过程中，原丝需要进行预氧化和碳化等过程以使其分子结构发生变化形成碳纤维结构，碳纤维生产装置是一种对碳纤维进行预氧化的氧化炉。

目前国内外预氧化炉主要有两种，一种是直线式预氧化炉，第二种是热风循环式预氧化炉。直线式预氧化炉采用热风直接加热聚丙烯腈原丝，炉内单层走丝，该炉型简单，热效率较低；热风循环式预氧化炉采用循环热风加热聚丙烯腈原丝，炉内往复走丝，炉型复杂，热效率较高。以上两种炉型均采用气-气传热方式，传热传质效果虽能满足工艺需求，但工艺时间长，温度均匀性低。

因此，如何提供一种结构简单，预氧化导热性能高的碳纤维生产装置，成为本领域人员需要考虑的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种碳纤维生产装置，具体为一种流态化预氧化炉，本发明结构简单，能耗低，导热率高，能够满足碳纤维原丝在碳化前的预氧化使用需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳纤维生产装置，包括炉体、预布风器、电加热板、传送辊、固定辊、固定支架、活性碳颗粒、送风机构、温度控制系统、过滤网和空气门机构，所述送风机构设置于炉体底部，所述预布风器设置于送风机构的出风口，所述炉体的中部设置有固定支架，所述支架为上下两层设置，所述传送辊固定在之间之间，所述过滤网设置于固定支架上方，所述电加热板设置在固定支架的下方，所述活性碳颗粒设置在电加热板上，所述温度控制系统设置在炉体上，所述空气门机构设置于炉体上，所述固定辊设置于空气门机构外部。

进一步的，所述电加热板内部设置有碳纤维电热丝，所述电加热板开设有若干出风口，出风口对应设置有布风帽。

进一步的，所述空气门机构包括送丝通道和出丝通道、第一出风通道、第二出风通道、过滤层、清扫装置，所述送丝通道和出丝通道并排设置，所述第一出风通道和第二出风通道倾斜对称设置，所述第一出风通道的出风口和第二出风通道的出风口与送丝通道和出丝通道管路连接，所述空气门机构与管壁交接处设置有过滤层。

进一步的，所述炉体的出风口设置有分支管路，所述分支管路上设置有空气压缩机，所述分支管路与第一出风通道、第二出风通道管路连接。

进一步的，所述温度控制系统包括透视镜、红外相机、热像分析装置和温度控制器，所述透视镜设置在炉体的外壁上，所述红外相机、热像分析装置和温度控制器设置在炉体外侧，所述红外相机依次与热像分析装置、温度控制器电连接。

进一步的，所述透视镜材质为石英材质，所述透视镜为准直透镜。

进一步的，所述送风机构包括透平式压缩机和螺旋风管，所述螺旋风管的管径随着轨道逐渐减小。

进一步的，所述过滤网的空隙尺寸小于活性碳颗粒的直径。

进一步的，还包括炉内分离器，所述炉内分离器设置于炉体顶部，用于将逃逸的活性炭颗粒与气体分离。

本发明的有益效果为：

1.本发明结构简单，采用将活性碳颗粒加热，并将其产生流态化运动，通过流态化运动预氧化碳纤维原丝，加热速度快，纤维从悬浮的活性碳颗粒中穿过，在气一固一固接触的过程中完成反应，反应速度快，温度均匀性好。

2.本发明通过在支架之间设置多个传送辊，增加了碳纤维原丝在氧化炉内的时间，能够使碳纤维原丝得到充分氧化，碳纤维原丝竖直通过悬浮的活性碳颗粒，能够使碳纤维原丝两面受热均匀，避免了横向设置碳纤维原丝，造成碳纤维原丝密集遮挡悬浮的活性炭颗粒，使碳纤维原丝上下表面受热不均匀。

3.本发明空气门的设置，避免了粒子的漏出，清扫装置能够清除夹杂在碳纤维原丝中的活性炭颗粒。

4.本发明的温度控制系统能够实时精准控制氧化炉内的温度，避免因温度出现误差导致反应异常。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明内部结构示意图。

图3为本发明传送辊布置示意图。

图4为本发明空气门结构示意图。

图5为本发明电加热板结构示意图。

图6为本发明电加热板结构正视图。

图7为图6局部放大剖视图。

其中，1-炉体；2-预布风器；3-电加热板；4-传送辊；5-固定辊；6-固定支架；7-活性碳颗粒；8-过滤网；9-碳纤维电热丝；10-送丝通道；11-出丝通道；12-第一出风通道；13-第二出风通道；14-过滤层；15-清扫装置；16-透视镜；17-布风帽；18-透平式压缩机；19-螺旋风管；20-炉内分离器；21-空气压缩机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整地描述。

实施例1

如图1-7所示，本发明公开了一种碳纤维生产装置，包括炉体1、预布风器2、电加热板3、传送辊4、固定辊5、固定支架6、活性碳颗粒7、送风机构、温度控制系统、过滤网8和空气门机构，送风机构设置于炉体1底部，送风机构包括透平式压缩机18和螺旋风管19，螺旋风管19的管径随着轨道逐渐减小，透平式压缩机18用于对空气进行压缩，采用轨道逐渐减小的螺旋风管19，利用文丘里效应，进一步提升空气的流速，预布风器2设置于送风机构的出风口，炉体1的中部设置有固定支架6，固定支架6为上下两层设置，传送辊4纵向固定在固定支架6之间，通过在支架之间设置多个传送辊4，增加了碳纤维原丝在氧化炉内的时间，能够使碳纤维原丝得到充分氧化，碳纤维原丝竖直通过悬浮的活性碳颗粒7，能够使碳纤维原丝两面受热均匀，避免了横向设置碳纤维原丝，造成碳纤维原丝密集遮挡悬浮的活性炭颗粒7，使碳纤维原丝上下表面受热不均匀，过滤网8设置在固定支架6上方，过滤网8的空隙尺寸小于活性碳颗粒7的直径，电加热板3设置在传送辊4的下方，活性碳颗粒7设置在电加热板3上，空气门机构设置于炉体1上，固定辊5设置于空气门机构外部。

温度控制系统设置在炉体1上，温度控制系统包括透视镜16、红外相机、热像分析装置和温度控制器，透视镜设置在炉体的外壁上，本发明采用的透视镜为石英材质的准直透镜，红外相机、热像分析装置和温度控制器设置在炉体外侧，红外相机与热像分析装置和温度控制器电连接，温度控制系统能够实时精准测量氧化炉内的活性炭颗粒7温度与碳纤维原丝温度，避免了传统预氧化反应炉检测炉内空气温度，因温度出现误差导致反应异常。

如5-7所示，电加热板3内部设置有碳纤维电热丝9，电加热板3开设有若干出风口，出风口设置有布风帽17，布风帽17的出风孔为横向设置，避免了产生的风直吹活性炭颗粒7，造成局部反应不均的情况，同时避免了活性炭颗粒7堵塞出风孔。

如图4所示，空气门机构包括送丝通道10、出丝通道11、第一出风通道12、第二出风通道13、过滤层14和清扫装置15，送丝通道11和出丝通道12并排设置，第一出风通道11和第二出风通道12倾斜对称设置，本实施例中，第一出风通道11和第二出风通12道均设置有2个，第一出风通道11的出风口和第二出风通道12的出风口与送丝通道10和出丝通道12管路连接，空气门机构与管壁交接处设置有过滤层，过滤层的设置避免了活性碳颗粒7从炉体1内溢出，第一出风通道11和第二出风通道12的设置，能够阻止热风流向送丝通道10和出丝通道11，保证炉体的压强平衡，清扫装置的设置，能够除去碳纤维原丝中夹藏的活性炭颗粒7。本发明还包括炉内分离器20，炉内分离器20设置于炉体顶部，用于将逃逸的活性炭颗粒与气体分离，炉体的出风口设置有分支管路，分支管路上设置有空气压缩机21，分支管路与第一出风通道11、第二出风通道12管路连接，实现了气体的循环使用，通过采用空气压缩机21对被分离的部分气体进行加压，进而在送丝通道10和出丝通道11形成空气屏障，避免了炉体1内压力外泄，保证炉体1内气压平衡。

本发明结构简单，采用将活性碳颗粒加热，并将其产生流态化运动，通过流态化运动预氧化碳纤维原丝，加热速度快，纤维从悬浮的活性碳颗粒中穿过，在气一固一固接触的过程中完成反应，反应速度快，温度均匀性好。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种碳纤维生产装置，其特征在于：包括炉体、预布风器、电加热板、传送辊、固定辊、固定支架、活性碳颗粒、送风机构、温度控制系统、过滤网和空气门机构，所述送风机构设置于炉体底部，所述预布风器设置于送风机构的出风口，所述炉体的中部设置有固定支架，所述支架为上下两层设置，所述传送辊固定在之间之间，所述过滤网设置于固定支架上方，所述电加热板设置在固定支架的下方，所述活性碳颗粒设置在电加热板上，所述温度控制系统设置在炉体上，所述空气门机构设置于炉体上，所述固定辊设置于空气门机构外部。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产装置，其特征在于，所述电加热板内部设置有碳纤维电热丝，所述电加热板开设有若干出风口，出风口对应设置有布风帽。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产装置，其特征在于，所述空气门机构包括送丝通道和出丝通道、第一出风通道、第二出风通道、过滤层、清扫装置，所述送丝通道和出丝通道并排设置，所述第一出风通道和第二出风通道倾斜对称设置，所述第一出风通道的出风口和第二出风通道的出风口与送丝通道和出丝通道管路连接，所述空气门机构与管壁交接处设置有过滤层。

4.根据权利要求3所述的一种碳纤维生产装置，其特征在于，所述炉体的出风口设置有分支管路，所述分支管路上设置有空气压缩机，所述分支管路与第一出风通道、第二出风通道管路连接。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产装置，其特征在于，所述温度控制系统包括透视镜、红外相机、热像分析装置和温度控制器，所述透视镜设置在炉体的外壁上，所述红外相机、热像分析装置和温度控制器设置在炉体外侧，所述红外相机依次与热像分析装置、温度控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的一种碳纤维生产装置，其特征在于，所述透视镜材质为石英材质，所述透视镜为准直透镜。

7.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产装置，其特征在于，所述送风机构包括透平式压缩机和螺旋风管，所述透平式压缩机和螺旋风管管路连接，所述螺旋风管的管径随着轨道逐渐减小。

8.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产装置，其特征在于，所述过滤网的空隙尺寸小于活性碳颗粒的直径。

9.根据权利要求1所述的一种碳纤维生产装置，其特征在于，还包括炉内分离器，所述炉内分离器设置于炉体顶部，用于将逃逸的活性炭颗粒与气体分离。

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